CN115755269A - 一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置及方法，其装置包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器、光纤强度调制器、微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器，还包括：信号发生器、移相器，所述光纤强度调制器，用于产生预设数目的频率梳齿；所述微纳结构保偏光纤相位调制器，用于产生覆盖预设光谱宽度的光频梳；所述移相器用于产生固定频移量的频率齿驱动信号。本发明使用微纳结构光纤直接作为相位调制器，不再引入波导调制器产生调制光脉冲，避免了波导与光纤间的耦合损耗，提高了整个光频梳产生的效率，无需额外的光纤放大器即可实现高功率电光光频梳的产生。
Description
技术领域
本发明属于激光调制与光纤技术领域，具体涉及一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置及方法。
背景技术
电光调制光频梳具有高重复频率、高稳定性的特点，是未来发展高精度时频同步、天文学光频梳、大规模光学扫频雷达的理想驱动光源，其核心器件为高速的电光调制器。电光调制器是光通讯、激光产生及控制、光信号处理等应用的不可或缺的电光器件。具有低损耗、高调制速率和集成化的光学调制器已经成为高速激光通讯、基础科学、时频传输领域不可或缺的工具，得益于光纤本身的柔韧性、低成本、低损耗的特点，基于铌酸锂晶体和硅基光学加工技术的电光调制器是当前电光调制器的主流。然而，这类材料需要使用复杂的空间耦合***或精密的波导设计以降低耦合损耗，同时这类材料本身的制造成本高，传输损耗也远大于光纤，不便于大量制造生产。此外，现有的光纤电光调制器依赖使用普通单模光纤产生高谐波抑制比的调制信号，难以直接使用大模场面积双包层光纤直接制作相位调制器。由于上述电光调制器的限制，当前电光调制光谱梳产生需要级联多级光纤放大器补偿相位调制器带来的附加***损耗。因此，发展适用于多种光纤结构的相位调制器，并研究与其配合的调制方法，成为发展高效率、低成本、低损耗电光调制光频梳的解决方案之一。
发明内容
为解决背景技术提出的问题，在本发明的第一方面提供了一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器、光纤强度调制器、微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器，还包括：信号发生器、第一移相器和第二移相器，所述单频激光器，用于提供单频脉冲激光；所述光纤强度调制器，用于产生预设数目的频率梳齿；所述微纳结构保偏光纤相位调制器，用于产生覆盖预设光谱宽度的光频梳；所述信号发生器通过射频电缆分别与光纤强度调制器、第一移相器和第二移相器连接，用于产生驱动强度调制器和相位调制器的调制信号；所述第一移相器和第二移相器通过射频电缆分别与微纳结构保偏光纤相位调制器和微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器连接，用于产生固定频移量的频率齿驱动信号。
在本发明的一些实施例中，所述单频激光器为单纵模连续激光器。
在本发明的一些实施例中，所述光纤强度调制器，用于对单频脉冲激光发出的入射激光进行幅度调制。
在本发明的一些实施例中，所述保偏光纤经过微纳工艺处理，在射频驱动信号的作用下产生相位调制。
进一步的，所述保偏光纤包括单模保偏光纤、双包层保偏光纤、领结型保偏光纤或椭圆芯保偏光纤。
更进一步的，所述双包层保偏光纤包括大模场面积双包层光纤保偏光纤或大模场面积双包层光子晶体光纤。
本发明的第二方面，提供了基于第一方面装置的精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法，包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器、光纤强度调制器、微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器，包括：单频激光器输出的光信号在光纤强度调制下等时间间隔的多个脉冲；将所述等时间间隔的多个脉冲进行强度调制后，进入微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器进行相位调制；经过相位调制的多个脉冲通过移相产生预设频移量的多个调制边带；多个调制边带经微纳结构保偏光纤相位调制器和微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器的调制后，产生预设光谱宽度的频率梳。
本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第二方面提供的精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法。
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明在第一方面提供的精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法。
本发明的有益效果是：
本发明使用微纳结构光纤直接作为相位调制器，不再引入波导调制器产生调制光脉冲，避免了波导与光纤间的耦合损耗，提高了整个光频梳产生的效率，无需额外的光纤放大器即可实现高功率电光光频梳的产生。
附图说明
图1为本发明的一些实施例中的相位调制产生光频梳的方法中微纳结构保偏光纤电光调制器的结构示意图；
图2为本发明的一些实施例中的相位调制产生光频梳的方法中微纳结构大模场面积双包层光纤电光调制器示意图；
图3为本发明的一些实施例中的基于精密光纤微纳结构的相位调制产生光频梳的结构示意图；
图4为本发明的一些实施例中的精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法的流程示意图；
图5为本发明的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
附图标记
101、保偏光纤；102、保偏应力轴；103、金属电极；104、导电薄膜；105、压电陶瓷薄膜；106、光纤纤芯；
201、大模场面积双包层光纤；202、内包层；203、金属电极；204、导电薄膜；205、铌酸锂薄膜；206、光纤纤芯；
301、单频激光器；302光纤强度调制器；303、微纳结构保偏光纤相位调制；304、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制；305、信号发生器；306、第一移相器；307、第二移相器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参考图1与图2，在本发明的第一方面，提供了一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器301、光纤强度调制器302、微纳结构保偏光纤相位调制器303、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器304，还包括：信号发生器305、第一移相器306和第二移相器307，所述单频激光器301，用于提供单频脉冲激光；所述光纤强度调制器302，用于产生预设数目的频率梳齿；所述微纳结构保偏光纤相位调制器，用于产生覆盖预设光谱宽度的光频梳；所述信号发生器305通过射频电缆分别与光纤强度调制器、第一移相器306和第二移相器307连接，用于产生驱动强度调制器和相位调制器的调制信号；所述第一移相器306和第二移相器307通过射频电缆分别与微纳结构保偏光纤相位调制器303和微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器304连接，用于产生固定频移量的频率齿驱动信号。
可以理解，光学频率梳是一种由众多频率稳定并且其间隔严格相等的光谱梳齿组成的宽带光谱，在时域上则表现为一系列等间距的超短脉冲输出，其本质上是脉冲重复频率间隔和载波包络相移被精确锁定的锁模超快激光器。
参考图1，首先介绍本发明提供的一种基于精密光纤微纳结构的相位调制产生光频梳的方法中微纳结构保偏光纤调制器的实现方法，其具体结构示意图如图1所示，其中左图为光纤相位调制器截面图，右图为俯视图，包括：保偏光纤101、保偏应力轴102、金属电极103、导电薄膜104、压电陶瓷薄膜105、以及光纤纤芯106。保偏光纤101经过打磨抛光，纤芯106与抛光面相切，压电陶瓷薄膜105生长在纤芯与抛光面的切面上；而金属电极103则与保偏应力轴102连接，以保持光束传输过程中的偏振态，不破坏光纤的保偏特性。调制电信号经过两个金属电极103，分别施加正负电压信号，该信号经过导电薄膜104传导至压电陶瓷薄膜105，在变化电压的作用下，压电陶瓷薄膜105的长度随调制信号发生变化，从而对光纤纤芯106施加沿光束传输方向的应力，改变光纤纤芯106的折射率，实现对光信号的快速调制。
在本发明的第二实施例中对一种基于精密光纤微纳结构的相位调制产生光频梳的方法中微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器结构示意图进行了详细描述，以更清楚地表达本发明的思想。如图2所示，包括：
其中左图为光纤相位调制器截面图，右图为俯视图，包括：大模场面积双包层光纤201、内包层202、金属电极203、导电薄膜204、铌酸锂薄膜205、以及光纤纤芯206。大模场面积双包层光纤201经过打磨抛光，纤芯206与抛光面相切，压电陶瓷薄膜205生长在纤芯206与抛光面的切面上；而金属电极203连接在光纤内包层上，以保证不破坏双包层光纤传输结构。调制电信号经过两个金属电极203，分别施加正负电压信号，该信号经过导电薄膜204传导至铌酸锂薄膜205，在变化电压的作用下，铌酸锂薄膜205的折射率随调制信号发生变化，从而对光纤纤芯206施加沿光束传输方向的折射率变化，这时铌酸锂薄膜205作为光纤包层和纤芯206的相对折射率发生了变化，对应的相对折射率随电信事实变化，实现对光信号的快速调制。
第一和第二实施例一种基于精密光纤微纳结构的相位调制产生光频梳的方法中，实现电光调制的关键环节是使用两种低损耗的光纤相位调制器产生高重复频率光频梳，因此在第三实施例中对光频梳的产生过程进行详细描述，如图3所示：
包括：单频激光器301、光纤强度调制器302、微纳结构保偏光纤相位调制303、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制304、信号发生器305、第一移相器306以及第二移相器307；
单频激光器301、光纤强度调制器302、微纳结构保偏光纤相位调制303、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制304依次使用光纤进行连接；信号发生器305输出的射频信号分为三路，一路直接驱动光纤强度调制器302，另外两路分别与第一和第二移相器306和307使用射频导线连接。单频激光器301输出的光信号在光纤强度调制302的调制下产生等时间间隔的脉冲，脉冲的频谱不发生变化。强度调制的脉冲信号经过光纤进入微纳结构保偏光纤相位调制303，在第一移相器306的作用下产生固定频移量的调制边带，实现多个梳齿产生；新产生的频率梳耦合进入微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制304，在第二移相器产生的频率调制信号的作用下产生固定频移的边带，形成覆盖一定光谱宽度的频率梳。
实施例2
参考图4，本发明的第二方面，提供了基于第一方面装置的精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法，包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器、光纤强度调制器、微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器，包括：S100.单频激光器输出的光信号在光纤强度调制下等时间间隔的多个脉冲；S200将所述等时间间隔的多个脉冲进行强度调制后，进入微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器进行相位调制；S300.经过相位调制的多个脉冲通过移相产生预设频移量的多个调制边带；S400.多个调制边带经微纳结构保偏光纤相位调制器和微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器的调制后，产生预设光谱宽度的频率梳。
进一步的，在步骤S300中，所述经过相位调制的多个脉冲通过移相产生预设频移量的多个调制边带包括：经过相位调制的多个脉冲通过一次移相，产生预设频移量的多个调制边带，实现多个梳齿产生。
实施例3
参考图5，本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第二方面的方法。
电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
通常以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图5示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图5中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++、Python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。需要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器、光纤强度调制器、微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器，其特征在于，还包括：信号发生器、第一移相器和第二移相器，
所述单频激光器，用于提供单频脉冲激光；
所述光纤强度调制器，用于产生预设数目的频率梳齿；
所述微纳结构保偏光纤相位调制器，用于产生覆盖预设光谱宽度的光频梳；
所述信号发生器通过射频电缆分别与光纤强度调制器、第一移相器和第二移相器连接，用于产生驱动强度调制器和相位调制器的调制信号；
所述第一移相器和第二移相器通过射频电缆分别与微纳结构保偏光纤相位调制器和微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器连接，用于产生固定频移量的频率齿驱动信号。
2.根据权利要求1所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，其特征在于，所述单频激光器为单纵模连续激光器。
3.根据权利要求1所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，其特征在于，所述光纤强度调制器，用于对单频脉冲激光器发出的入射激光进行幅度调制。
4.根据权利要求1所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，其特征在于，所述保偏光纤经过微纳工艺处理，在射频驱动信号的作用下产生相位调制。
5.根据权利要求4所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，其特征在于，所述保偏光纤包括单模保偏光纤、双包层保偏光纤、领结型保偏光纤或椭圆芯保偏光纤。
6.根据权利要求5所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置，其特征在于，所述双包层保偏光纤包括大模场面积双包层光纤保偏光纤或大模场面积双包层光子晶体光纤。
7.一种精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法，包括通过保偏光纤依次连接的单频激光器、光纤强度调制器、微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器，其特征在于，包括：
单频激光器输出的光信号在光纤强度调制下等时间间隔的多个脉冲；
将所述等时间间隔的多个脉冲进行强度调制后，进入微纳结构保偏光纤相位调制器、微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器进行相位调制；
经过相位调制的多个脉冲通过移相产生预设频移量的多个调制边带；
多个调制边带经微纳结构保偏光纤相位调制器和微纳结构大模场面积双包层光纤相位调制器的调制后，产生预设光谱宽度的频率梳。
8.根据权利要求7所述的精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法，其特征在于，所述经过相位调制的多个脉冲通过移相产生预设频移量的多个调制边带包括：经过相位调制的多个脉冲通过一次移相，产生预设频移量的多个调制边带，实现多个梳齿产生。
9.一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求7至8任一项所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8任一项所述的基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生方法。
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| CN202310030526.3A CN115755269A (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 一种基于精密光纤微纳结构的光频梳的发生装置及方法 |
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- 2023-01-09 CN CN202310030526.3A patent/CN115755269A/zh active Pending
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