基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生器和方法
2023-09-23 12:47:55
專利名稱：基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生器和方法
技術領域：
本發明涉及一種基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生器和方法，克服了現有梳狀譜發生技術為了生成平坦的梳狀譜的系統穩定性、複雜性、可靠性，同時還緩解了循環移頻方式中放大器自發噪聲幹擾(ASE)對譜線帶來的影響。
背景技術：
國際上對梳狀譜發生器的探討從上一世紀九十年代開始，但進展十分緩慢，鮮有適合於真實應用的方案。目前僅有以下幾種方法來實現平坦梳狀譜的梳狀譜發生器
I)光學方式該方式採用鎖模雷射器，對調製生產的各個邊模進行處理。由於原理簡單，從上一世紀九十年代開始，國內外對梳狀譜發生器的研究基本都圍繞此原理展開。但就取得的效果來看，基本以實驗室理想環境下的可實現為主，實現了溫控的商業化產品以及專利完全沒有。從系統結果的角度來看，系統複雜且器件價格極貴，也很難實現基於此方式·的梳狀譜發生器的商業化、實用化。2)採用WSS波長選擇開關的梳狀譜發生器由於EDFA的ASE噪聲累計所造成的影響，利用單邊帶循環移頻方法產生噪聲累計的現象，導致能產生的子載波個數小於50根，採用WSS波長選擇開關和環路調製結合的梳狀譜發生器，主要採用環路產生不平坦的梳狀譜，然後利用WSS波長選擇開關對各個梳狀譜所在頻率進行可編程濾波，將原本不平坦的梳狀譜調整為平坦的梳狀譜。3)移頻生成方式該方案主要利用了調製器載波抑制調製方式，系統需要兩個調製器以及一個雙向的光濾波器，系統結構也較為複雜，但是經過環路循環可以滿足產生多根譜線的要求，同時可以結合方法2，可以實現產生多根且平坦的譜線。現有梳狀譜發生器技術很難滿足穩定、平坦、結構簡單等關鍵要求，還有許多問題仍待解決。而鎖模方式根本不適合商業化、實用化的梳狀譜發生器。所以梳狀譜發生器應該採用後面兩種等基於調製的方法。因此就需要發明一種能夠生成平坦、穩定的光梳狀譜的梳狀譜發生器。
發明內容
本發明的目的在於解決能夠生成平坦、穩定的光梳狀譜，提供一種基於雙根譜線循環移頻方式梳狀譜線發生器和方法，該發生器產生的多根譜線足夠平坦，且減小了雷射器自發噪聲累積對譜線產生的幹擾，適用於實用產品的開發。為達到上述目的，本發明採用下述技術方案
基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生器，包括外腔雷射器、四倍頻系統、循環移頻環路系統、偏振控制器和3dB耦合器。其特徵在於所述外腔雷射器(ECL)與所述四倍頻產生雙根譜線系統相連，該四倍頻系統是一個級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器，其結構為外腔雷射器(ECL)的輸出光進入級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器，級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器的一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源輸出的餘弦射頻信號，並使那條臂上的直流電極接地；該雙電極Mach-Zehnder調製器的另外一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源輸出的並經▼移相器移相的反向的餘弦射頻信號，並使該條臂上的直流電極接地；級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器的一條臂上的RF電極輸入
由余弦微波信號源產生的並經I移相器移相的正弦射頻信號，並也使那條臂上的直流電
極接地；該雙電極Mach-Zehnder調製器的另一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源
產生的並經·移相器和移相器移相的反向的正弦射頻信號，並使該條臂上的直流電極 2π
接地。級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器的調製輸出經過一個 T移相器的移相與級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器的調製輸出。與3dB耦合器的一個輸入端相連；而經過所述循環移頻環路系統調製後的信號經偏振控制器(PC)與3dB耦合器的另一個輸入端相連。所述循環·移頻環路系統是3dB稱合器的一個輸出端與光頻譜分析儀(OSA)相連，3dB稱合器的一個輸出端與另一個級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器相連。相連所述的另一個級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的結構與前面講到的級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的結構類似，只是餘弦微波信號源頻率不同，而且雙電極Mach-Zehnder調製器的兩個DD-MZM上
臂的直流電極加上G的電壓，此級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的輸出端與半導體光
放大器(SOA)的輸入端相連接。所述的半導體光放大器(SOA)的輸出端與一個光濾波器(Optical Filter)的輸入端相連接,所述的光濾波器(Optical Filter)的輸出端與可調延時線(Delay Line)的輸入端相連接,所述的可調延時線(Delay Line)的輸出端通過環路鏈路光纖連接到所述的偏振控制器(PC)。基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生方法，採用上述的基於循環移頻方式的梳狀譜發生器進行操作，其特徵在於在基於一根譜線循環移頻的基礎上，利用IQ調製器四倍頻的方法首先產生兩根相關的譜線，經過由3dB耦合器、雙電極Mach-Zehnder調製器、半導體光放大器(S0A)、光濾波器(Optical Filter)和偏振控制器(PC)組成的循環移頻環路系統。梳狀譜的根數由光濾波器(Optical Filter)的帶寬決定，當梳狀譜頻率超過了光濾波器(Optical Filter)的通帶,則不會再有新的頻率成分的梳狀譜生成。以下對本發明的原理作進一步的說明
如附圖
I所示，外腔雷射器(ECL) (3)與一個四倍頻產生雙根譜線系統相連，四倍頻系統由一個雙電極Mach-Zehnder調製器(I)完成，其結構為外腔雷射器(ECL) (3)的輸出光進入級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I),其中級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』 )的一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源(1-1)輸出的餘弦射頻信號，並使那條臂上的直流電極接地；級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器的另外一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源輸出的並經V移相器(1-2)移相的反向的餘弦射頻信號，並使該條臂上的直流電極接地；級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』』)的一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源(1-1)產生的並經I移相器(1-3)移
相的正弦射頻信號，並也使那條臂上的直流電極接地；級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』』)的另一條臂上的RF電極輸入由余弦
微波信號源產生的並經$移相器(1-3)和移相器(1-4)移相的反向的正弦射頻信號，並
2
使該條臂上的直流電極接地。級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』』)的調製輸出經過一個^移相器(1-5)的移相與級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』)的調製一起輸出。則四倍頻方式的級聯雙電極Mach-Zehnder調製器的調製特性為 E扭(t) = EceJlaJ+Mtl f； 2 Ifii )(^(4"~2)^ 切'_—2 W)
生成的諧波成分有A(A)，Λ(A)，Λο(Α)以4為周期的諧波成分，^2(A)的最大值遠遠大於 (ρ-, , T / 的值，其中為， 為雷射器輸出的光載波角頻率，雷射
J6 (A) ^io(A)Kl asCΦ( )
相位噪聲。所以第一個級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器的調製特性可以簡化為
EJi) = ￡>Λ ^+φ( )]·/2 (為)(r/2￥ +
根據之前一根循環移頻基礎的推算，我們知道第二個級聯的雙電極Mach-Zehnder (2)調製器的調製特性可以簡化為
KM 二狀
其中為=￥。
匕2第一次循環時，第一支雙電極Mach-Zehnder調製器(O的輸出電場信號經過3dB f禹合器(4) f禹合後，得到的輸出為
E0Ut_3dBA(t) = EceJW+<HtIJ2(Pl)Iej2a^ +e_J'2ia^)· —j，該信號經過MZM調製
器(2)、SOA放大器(5)(用系統鏈路增益Gss定義其應該放大的倍數)以及一個帶通濾波器
(6)(能通過載波生產的16根譜線的寬度)，並且假定該環路延時為τ，則系統輸出為
S'
丨 CO = Eeeslmt~n+*Μγ- GJi 俱一 +
第二次循環時，3dB I禹合器輸出已經包括了一次循環移頻產生的一次諧波，稱合輸出的是這個一次諧波與第一支MZM輸出信號的疊加。
權利要求
1.基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生器，包括外腔雷射器(3)、四倍頻系統、循環移頻環路系統、偏振控制器(9)和3dB耦合器(4);其特徵在於所述外腔雷射器(3)與所述四倍頻產生雙根譜線系統相連，該四倍頻系統是一個級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(1)，其結構為外腔雷射器(ECL) (3)的輸出光進入級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)，級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』)的一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源(1-1)輸出的餘弦射頻信號，並使那條臂上的直流電極接地；該雙電極Mach-Zehnder調製器(I』)的另外一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源(1-1)輸出的並經τ移相器(1-2)移相的反向的餘弦射頻信號，並使該條臂上的直流電極接地；級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』』)的一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源(1-1)產生的並經f移相器(1-3)移相的正弦射頻信號，並也使那條臂上的直流電極接地；該雙電極Mach-Zehnder調製器(I』』)的另一條臂上的RF電極輸入由余弦微波信號源產生的並經*移相器(1-3)和τ移相器(1-4)移相的反向的正弦射頻信號，並使該條臂上的直流電極接地；所述級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的下面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(Γ 』 )的調製輸出經過一個7T移相器(1-5)的移相與級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的上面一隻雙電極Mach-Zehnder調製器(I』)的調製輸出，與3dB f禹合器(4)的一個輸入端相連；而經過所述循環移頻環路系統調製後的信號經偏振控制器(9)與3dB耦合器(4)的另一個輸入端相連；3dB耦合器(4)的一個輸出端與光頻譜分析儀(10)相連；所述循環移頻環路與系統是3dB f禹合器(4)的一個輸出端與另一個級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(2)相連；該級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(2)的結構與前面講到的級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(I)的結構類似，只是餘弦微波信號源頻率不同，而且雙電極Mach-Zehnder調製器(2)的兩個DD-MZM (2』、2』』)上臂的直流電極加上 (2_6)的電壓，此級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(2)的輸出端與半導體光放大器(5)的輸入端相連接；所述的半導體光放大器(5)的輸出端與一個光濾波器(6)的輸入端相連接,所述的光濾波器(6)的輸出端與可調延時線(7)的輸入端相連接，所述的可調延時線(7)的輸出端通過環路鏈路光纖(8)連接到所述的偏振控制器(9)。
2.一種基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生方法，採用根據權利要求I所述的基於雙根循環移頻方式的梳狀譜發生器進行操作產生，其特徵在於在基於一根循環譜線循環移頻的基礎上，利用IQ調製四倍頻的方法，首先產生兩根相關的譜線，經過由3dB耦合器(4)、級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器(2 )、半導體放大器(5 )、光濾波器(6 )和偏振控制器(9)組成的循環移頻環路系統，梳狀譜的根數由光濾波器(6)的帶寬決定，當梳狀譜頻率超過了光濾波器(6)的通帶，則不會再有新的頻率成分的梳狀譜生成。
全文摘要
本發明涉及基於雙根譜線循環移頻方式的梳狀譜發生器和方法，本系統包括四倍頻系統、循環移頻環路兩部分。四倍頻系統由級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器、餘弦微波信號源、移相器、移相器構成；循環移頻環路由3dB耦合器、偏振控制器(PC)、級聯的雙電極Mach-Zehnder調製器、餘弦微波信號源、移相器、移相器、半導體光放大器(SOA)、光濾波器(OpticalFilter)、可調延時線(DelayLine)、直流偏置電源以及一段任意長度但儘可能短的光纖構成。本系統採取了先通過四倍頻系統產生兩根間距為12.5GHz的平坦光譜，然後再送入環路中進行循環移頻，每兩根譜線通過環路進行下變頻，依次循環，通過SOA來對功率進行補償，最後由光濾波器的濾出所需的16根平坦譜線。
文檔編號H01S3/10GK102946283SQ20121043413
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月5日 優先權日2012年11月5日
發明者宋英雄, 李海寧, 姜鵬, 林如儉, 張 林, 李迎春, 陳健 申請人:上海大學, 上海凌雲天博光電科技有限公司