專利名稱：基于光纖Bragg光柵陣列的全光任意波形產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全光任意波形的產(chǎn)生裝置，特別是基于光纖Bragg光柵陣列和相干光 源的全光任意波形的產(chǎn)生裝置及工作原理。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，全光任意波形產(chǎn)生作為一項(xiàng)非常新穎的技術(shù)，在很多方面得到廣泛的應(yīng) 用。如在光碼分多址系統(tǒng)的編碼過(guò)程中，利用全光任意波形產(chǎn)生技術(shù)對(duì)脈沖頻域的幅度，相 位進(jìn)行控制，可以得到低強(qiáng)度、類似噪聲的編碼信號(hào)；另外全光任意波形產(chǎn)生技術(shù)的原理還 可推廣到微波光子濾波器中，通過(guò)對(duì)相位的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的濾波。到目前為止，已經(jīng)有多種方法用來(lái)實(shí)現(xiàn)全光任意波形產(chǎn)生。原理上一般是對(duì)信號(hào) 頻譜進(jìn)行整形處理，通過(guò)選取特定波長(zhǎng)及對(duì)該波長(zhǎng)光波的幅度、相位進(jìn)行控制得到任意波 形。早期由于脈沖整形設(shè)備分辨率的原因，人們對(duì)鎖模激光器產(chǎn)生的梳狀譜進(jìn)行整形時(shí)，采 用的方法是組譜線的處理方式將譜線分成幾組，每組由N( ^ 2)根譜線組成，然后控制組 譜線的幅度和相位。這種方法對(duì)光梳頻率的絕對(duì)位置不敏感導(dǎo)致產(chǎn)生的時(shí)域波形不精確且 占空比低。隨著技術(shù)的發(fā)展整形設(shè)備的分辨率已達(dá)到了要求，可以實(shí)現(xiàn)譜線“逐行”處理， 即對(duì)每一根譜線(N = 1)的幅度和相位分別進(jìn)行控制，按照傅里葉變換原則可以得到我們 所需求的脈沖信號(hào)。當(dāng)前大部分實(shí)驗(yàn)研究工作都是基于光譜的“逐行”整形的方法來(lái)產(chǎn)生 任意脈沖信號(hào)，如利用衍射光柵在空間域分離光脈沖的波長(zhǎng)成分，然后用空間光幅度和相 位調(diào)制器對(duì)其調(diào)制，得到所需求的輸出脈沖信號(hào)，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，損耗也較大；利用取 樣光纖光柵技術(shù)對(duì)光脈沖的波長(zhǎng)成分進(jìn)行選取，同時(shí)改變幅度和相位可以得到某一特定波 形的輸出，但不能得到任意光脈沖的輸出；也可以利用分接延遲線濾波器實(shí)現(xiàn)全光任意波 形產(chǎn)生，缺點(diǎn)在于受到抽頭數(shù)和抽頭處相位波動(dòng)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任 意波形產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法。本發(fā)明使用相干光源作為初始的輸入光源，利用光纖Bragg 光柵陣列以及光柵之間的光纖拉伸器作為對(duì)輸入相干光源的波長(zhǎng)、幅度、相位的控制部分， 通過(guò)對(duì)相干光源的頻譜整形得到全光任意波形的輸出，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的脈沖 波形產(chǎn)生裝置。本發(fā)明提供的基于光纖Bragg光柵陣列的全光任意波形產(chǎn)生裝置，由相干光源和 控制部分構(gòu)成(見(jiàn)圖1)，相干光源與控制部分直接相連，利用相干光源作為輸入光源，利用 控制部分對(duì)相干光源的波長(zhǎng)、幅度及相位進(jìn)行控制，由控制部分的輸出端輸出全光任意波 形。所述的相干光源是指具有不同波長(zhǎng)成分的相干光源，由以下方式之一獲得方式一利用光纖中的四波混頻產(chǎn)生梳狀譜的相干光源；
方式二 利用電光調(diào)制器對(duì)單波長(zhǎng)光源進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生梳狀譜線的相干光源；方式三利用梳狀濾波器對(duì)超連續(xù)譜光源濾波獲得梳狀譜線的相干光源。所述的控制部分由環(huán)形器和光纖Bragg光柵陣列構(gòu)成(見(jiàn)圖2)；光纖Bragg光 柵陣列由一組反射波長(zhǎng)不同的光纖Bragg光柵串接而成，相鄰兩光柵之間各串接一個(gè)偏振 控制器(PC)和一個(gè)光纖拉伸器(re)；相干光源由環(huán)形器的第一端口進(jìn)入控制部分，環(huán)形器 的第二端口與光纖Bragg光柵陣列相連，產(chǎn)生的全光任意波形由環(huán)形器的第三端口輸出； 所述的控制部分對(duì)輸入相干光源的波長(zhǎng)、幅度、相位進(jìn)行控制；相干光源波長(zhǎng)的控制由光纖 Bragg光柵中心波長(zhǎng)的選擇性反射來(lái)實(shí)現(xiàn)，幅度的控制由光纖Bragg光柵的反射率來(lái)實(shí)現(xiàn)， 相位的控制由光柵之間的光纖拉伸器來(lái)控制；所述的偏振控制器的作用是控制不同波長(zhǎng)光 波的偏振狀態(tài)。本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于以上所述裝置的全光任意波形的產(chǎn)生方法，該方法包 括以下步驟第1、首先將相干光源由圖2所示裝置中控制部分的輸入端輸入；第2、調(diào)節(jié)所述控制部分中的光纖Bragg光柵陣列的反射波長(zhǎng)，使光纖Bragg光柵 陣列中各光纖Bragg光柵的中心波長(zhǎng)等間距，從相干光源中選擇出波長(zhǎng)間距相等的譜線， 調(diào)整光纖Bragg光柵陣列的反射率對(duì)所選擇出的譜線幅度進(jìn)行控制，將譜線的幅度調(diào)整到 與輸出波形相應(yīng)波長(zhǎng)的幅度成正比。調(diào)節(jié)光纖拉伸器改變光通過(guò)光纖拉伸器的光程，將所 選擇出譜線之間的相位差調(diào)節(jié)至與輸出波形相應(yīng)譜線之間的相位差相同。第3、第2步中所述的波長(zhǎng)、幅度、相位差的取值由輸出波形形狀決定，它們與輸出 波形滿足傅里葉變換。通過(guò)調(diào)節(jié)以上所述的波長(zhǎng)、幅度、相位差，在控制部分的輸出端可以 獲得全光任意波形。以上第1步中所述的相干光源可以是譜線等間距的梳狀相干光源，也可以是譜線 連續(xù)的超連續(xù)譜相干光源；相干光源中不同波長(zhǎng)的幅度可以相等，也可以不相等；相干光 源不同波長(zhǎng)的相位可以相等，也可以不等。第2步中所述的光纖Bragg光柵陣列中每個(gè)光纖Bragg光柵具有不同的中心波長(zhǎng)。第2步中對(duì)相干光源波長(zhǎng)的選擇可以有兩種方法方法一相干光源為等間距的梳狀譜光源時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)Bragg光柵陣列的反射波 長(zhǎng)，使得Bragg光柵陣列的中心波長(zhǎng)與相干光源的波長(zhǎng)相等，獲得波長(zhǎng)間隔相等的相干譜 線；方法二 相干光源為超連續(xù)譜相干光源時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)Bragg光柵陣列的反射波長(zhǎng)， 使各Bragg光柵的中心波長(zhǎng)等間隔，從頻帶范圍很寬的的超連續(xù)譜光源中獲得的波長(zhǎng)間隔 相等的相干譜線。第2步中對(duì)相干光源幅度的控制由初始相干光源的幅度與光纖Bragg光柵陣列的 反射率共同決定，每個(gè)Bragg光柵具有不同的反射率，導(dǎo)致與其中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光波反射 幅度不同。第2步中對(duì)相干光源相位的控制由初始相干光源的相位與光纖拉伸器的相位延 遲共同決定；與光纖拉伸器相鄰的兩個(gè)Bragg光柵對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)分別為入工和λ2，光纖 拉伸器調(diào)節(jié)的是波長(zhǎng)為入工和λ 2的光波的相對(duì)相位關(guān)系。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源。其中光纖Bragg光柵的一個(gè)顯著特 點(diǎn)是具有窄帶濾波特性。光波是否被光纖Bragg光柵反射取決于光波的波長(zhǎng)相對(duì)于該光柵 中心波長(zhǎng)的位置。如果光波的波長(zhǎng)與光柵的中心波長(zhǎng)重合，光波會(huì)被反射；反之光波會(huì)通過(guò) 光柵。利用光柵的這一特性可以獲得所需求的反射幅度，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)光波幅度的控制。另 外通過(guò)光柵之間的光纖拉伸器可實(shí)現(xiàn)相位的控制。其次在光源方面選擇相干光源，這樣可 以保證光波相位的穩(wěn)定性要求。


圖1為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置的框圖。圖2為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置中控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。4為環(huán)形器，5為光纖Bragg光柵陣列。圖3為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖。6、7為激光器，波長(zhǎng)分別為1550nm和1M9. 6nm ；8為3dB耦合器； 9為非線性光纖。圖4為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6、圖7為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形 產(chǎn)生裝置實(shí)施例1的工作效果圖，即產(chǎn)生的重復(fù)頻率為50GHz的高斯脈沖序列。圖8為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置實(shí)施例2的工作效果圖，即產(chǎn)生的重復(fù)頻率為IOGHz的三角脈沖脈沖序列。圖9為本發(fā)明所涉及的基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生 裝置實(shí)施例3的工作效果圖，即產(chǎn)生的重復(fù)頻率為50GHz的矩形脈沖序列。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源產(chǎn)生全光任意波形。它以相干光源作 為初始的輸入光源，以光纖Bragg光柵以及光纖拉伸器構(gòu)成對(duì)輸入相干光源的波長(zhǎng)、幅度、 相位的控制部分，通過(guò)對(duì)相干光源的頻譜整形得到全光任意波形的輸出。如圖1所示，本發(fā)明所述的基于光纖Bragg光柵陣列的全光任意波形產(chǎn)生裝置，由 相干光源和控制部分構(gòu)成，相干光源與控制部分直接相連，利用相干光源作為輸入光源，利 用控制部分對(duì)相干光源進(jìn)行頻譜逐行整形，由控制部分的輸出端輸出全光任意波形。所述的控制部分由環(huán)形器和光纖Bragg光柵陣列構(gòu)成(見(jiàn)圖幻；光纖Bragg光柵 陣列由一組反射波長(zhǎng)不同的光纖Bragg光柵串接而成，相鄰兩光柵之間各串接一個(gè)偏振控 制器(PC)和一個(gè)光纖拉伸器(re)；相干光源由環(huán)形器的第一端口 1進(jìn)入控制部分，環(huán)形器 的第二端口 2與控制部分主體光纖Bragg光柵陣列相連，產(chǎn)生的全光任意波形由第三端口 3輸出。本發(fā)明提供的具體結(jié)構(gòu)及實(shí)例如下。
實(shí)施例1參閱圖3，采用耦合器耦合兩個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器，然后利用光纖中的非線性效應(yīng) 獲得四波混頻的相干光源，選擇激光器的頻率間隔為50GHz對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)間隔AX1SO. 4nm。 獲得的四波混頻相干光源進(jìn)入控制部分完成相干光源的頻譜整形，由環(huán)形器3端口輸出 任意光脈沖。采用光柵Bragg光柵陣列的中心波長(zhǎng)依次為1M9. 2nm、1549. 6nm、1550nm、 1550. 4nm、1550. 8nm;控制光柵之間的光纖拉伸器產(chǎn)生π/2的相位延遲，則光柵中心波長(zhǎng) 所對(duì)應(yīng)的光波之間的相位差均為η。在環(huán)形器3端口可以獲得重復(fù)頻率為50GHz的光脈沖 序列。若選擇光柵陣列的反射率依次為15^^25^^95^^38^^10%時(shí)，輸出的光脈沖序列 如圖6所示；若選擇光柵陣列的反射率依次為15^^25^^95^38^^10% ；輸出的光脈沖 序列如圖7所示。實(shí)施例2參閱圖4，利用電光調(diào)制器對(duì)中心波長(zhǎng)為1550nm的連續(xù)波激光器進(jìn)行調(diào)制。采 用調(diào)制器的調(diào)制頻率為10GHz，則對(duì)應(yīng)的光柵陣列的波長(zhǎng)間隔Δ λ2*0.08ηπι。選取光纖 Bragg 光柵陣列的中心波長(zhǎng)依次為 1Μ9. 84nmU549. 92nm、1550nm、1550. 08nm、1550. 16nm ； 對(duì)應(yīng)光柵反射率依次為7^^25^^95^^80^^10% ；調(diào)節(jié)光柵之間的光纖拉伸器產(chǎn)生的相 位延遲依次為π、π、π、π /2。則在環(huán)形器3端口獲得重復(fù)頻率為IOGHz的三角波脈沖序 列，如圖8所示。實(shí)施例3參閱圖5，超連續(xù)譜光源包含了豐富的頻率成分，可以自由的選擇光纖Bragg陣列 中各光柵的中心波長(zhǎng)并確定其波長(zhǎng)間隔。采用的光柵Bragg光柵陣列的波長(zhǎng)間隔
0. 4nm，光柵陣列的中心波長(zhǎng)依次為 1M9. 2nmU549. 6nm、1550nm、1550. 4nm、1550. 8nm ；對(duì) 應(yīng)光柵反射率依次為7%、49. 5%,95%,60%,31% ；調(diào)節(jié)光柵之間的光纖拉伸器產(chǎn)生的相 位延遲依次為π、π、π、π /2。在環(huán)形器3端口獲得重復(fù)頻率為50GHz的矩形脈沖序列， 如圖9所示。綜合上述三個(gè)實(shí)施例，如實(shí)施例1中選擇不同的反射率，可以改善輸出脈沖波形 的效果；如實(shí)施例1、實(shí)施例2中選擇不同的波長(zhǎng)相位輸出的脈沖波形是不同的；如實(shí)施例 2、實(shí)施例3選擇不同的光柵中心波長(zhǎng)間隔所產(chǎn)生的脈沖波形的重復(fù)頻率是不同的?？偨Y(jié)，本方案利用光纖Bragg光柵的濾波特性和相干光源頻率的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了 基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形的產(chǎn)生裝置及工作方法，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、成本低，易于推廣。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖Bragg光柵陣列的全光任意波形產(chǎn)生裝置，其特征在于該裝置由相干 光源和控制部分構(gòu)成，相干光源與控制部分直接相連，利用相干光源作為輸入光源，利用控 制部分對(duì)相干光源的波長(zhǎng)、幅度及相位進(jìn)行控制，由控制部分的輸出端輸出全光任意波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的相干光源是指具有不同波長(zhǎng)成分的 相干光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的相干光源由以下方式之一獲得方式一利用光纖中的四波混頻產(chǎn)生梳狀譜的相干光源；方式二 利用電光調(diào)制器對(duì)單波長(zhǎng)光源進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生梳狀譜線的相干光源；方式三利用梳狀濾波器對(duì)超連續(xù)譜光源濾波獲得梳狀譜線的相干光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的控制部分由環(huán)形器和光纖Bragg光 柵陣列構(gòu)成，環(huán)形器的第二端口與光纖Bragg光柵陣列相連；光纖Bragg光柵陣列由一組反 射波長(zhǎng)不同的光纖Bragg光柵串接而成，相鄰兩光柵之間各串接一個(gè)偏振控制器(PC)和一 個(gè)光纖拉伸器(FS)，相干光源由環(huán)形器的第一端口進(jìn)入控制部分，產(chǎn)生的全光任意波形由 環(huán)形器第三端口輸出；所述的控制部分對(duì)輸入相干光源的波長(zhǎng)、幅度、相位進(jìn)行控制；相干 光源波長(zhǎng)的控制由光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)選擇性反射來(lái)實(shí)現(xiàn)，幅度的控制由光纖Bragg 光柵的反射率來(lái)實(shí)現(xiàn)，相位的控制由光柵之間的光纖拉伸器來(lái)控制；所述的偏振控制器的 作用是控制不同波長(zhǎng)光波的偏振狀態(tài)。
5.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的全光任意波形的產(chǎn)生方法，其特征在于該方法包括 以下步驟第1、首先將相干光源由權(quán)利要求1所述裝置中控制部分的輸入端輸入；第2、調(diào)節(jié)所述控制部分中的光纖Bragg光柵陣列的反射波長(zhǎng)，使光纖Bragg光柵陣列 中各光纖Bragg光柵的中心波長(zhǎng)等間距，從相干光源中選擇出波長(zhǎng)間距相等的譜線，調(diào)整 光纖Bragg光柵陣列的反射率對(duì)所選擇出的譜線幅度進(jìn)行控制，將譜線的幅度調(diào)整到與輸 出波形相應(yīng)波長(zhǎng)的幅度成正比；調(diào)節(jié)光纖拉伸器改變光通過(guò)光纖拉伸器的光程，將所選擇 出譜線之間的相位差調(diào)節(jié)至與輸出波形相應(yīng)譜線之間的相位差相同；第3、第2步中所述的波長(zhǎng)、幅度、相位差的取值由輸出波形形狀決定，它們與輸出波形 滿足傅里葉變換；通過(guò)調(diào)節(jié)以上所述的波長(zhǎng)、幅度、相位差，在控制部分的輸出端獲得全光 任意波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于第1步中所述的相干光源可以是譜線等間 距的梳狀相干光源，也可以是譜線連續(xù)的超連續(xù)譜相干光源；相干光源中不同波長(zhǎng)的幅度 可以相等，也可以不相等；相干光源不同波長(zhǎng)的相位可以相等，也可以不等。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于第2步中所述的光纖Bragg光柵陣列中每 個(gè)光纖Bragg光柵具有不同的中心波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于第2步中對(duì)相干光源波長(zhǎng)的選擇可以有兩 種方法方法一相干光源為等間距的梳狀譜光源時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)Bragg光柵陣列的反射波長(zhǎng)，使 得Bragg光柵陣列的中心波長(zhǎng)與相干光源的波長(zhǎng)相等，獲得波長(zhǎng)間隔相等的相干譜線；方法二相干光源為超連續(xù)譜相干光源時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)Bragg光柵陣列的反射波長(zhǎng)，使各 Bragg光柵的中心波長(zhǎng)等間隔，從頻帶范圍很寬的的超連續(xù)譜光源中獲得的波長(zhǎng)間隔相等的相干譜線。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于第2步中對(duì)相干光源幅度的控制由初始相 干光源的幅度與光纖Bragg光柵陣列的反射率共同決定，每個(gè)Bragg光柵具有不同的反射 率，導(dǎo)致與其中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光波反射幅度不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于第2步中對(duì)相干光源相位的控制由初始相 干光源的相位與光纖拉伸器的相位延遲共同決定；與光纖拉伸器相鄰的兩個(gè)Bragg光柵對(duì) 應(yīng)的中心波長(zhǎng)分別為入工和λ 2，光纖拉伸器調(diào)節(jié)的是波長(zhǎng)為入工和λ 2的光波的相對(duì)相位 關(guān)系。
全文摘要
基于光纖Bragg光柵陣列和相干光源的全光任意波形產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法。所述裝置由相干光源和控制部分構(gòu)成，控制部分由環(huán)形器和光纖Bragg光柵陣列(由一組光纖Bragg光柵及偏振控制器和光纖拉伸器串接而成)構(gòu)成。方法包括將相干光源由控制部分的輸入端輸入；調(diào)節(jié)所述控制部分中光纖Bragg光柵陣列的反射波長(zhǎng)對(duì)相干光源的波長(zhǎng)進(jìn)行選擇，調(diào)整光纖Bragg光柵陣列的反射率對(duì)相干光源的幅度進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)光纖拉伸器對(duì)相干光源的相位進(jìn)行控制；根據(jù)傅里葉變換原理，在時(shí)域上獲得所設(shè)計(jì)全光任意波形，由控制部分的輸出端輸出。通過(guò)在頻域上對(duì)相干光源的波長(zhǎng)、幅度及相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，在時(shí)域上獲得全光任意波形的輸出，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的脈沖波形產(chǎn)生裝置及方法。
文檔編號(hào)G02B6/02GK102116992SQ201010568999
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者孫輝, 張愛(ài)玲 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)