專利名稱：一種超寬譜光梳產(chǎn)生的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，具體來講是一種超寬譜光梳產(chǎn)生的方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求日益增加，全球因特網(wǎng)業(yè)務(wù)急劇增長，因此增加骨干網(wǎng)傳輸容量是光通信領(lǐng)域的工程師一直追求的目標(biāo)。2011年OFC(Optical Fiber Communication Conference,國際光通信會議)上，余建軍小組報(bào)道了單信道速率 11. 2Tbit/s，并在單模光纖中傳輸640km，是迄今為止單信道最高速率的傳輸實(shí)驗(yàn)。追求單光源更高速率的過程中，將焦點(diǎn)鎖定在如何產(chǎn)生更多的子載波，即如何得到更寬的超連續(xù)光梳。產(chǎn)生超寬譜光梳的方法有很多種第一種，采用RFS (Recirculating Frequency Shifter，循環(huán)頻率偏移器)的方法產(chǎn)生多子載波，將帶通濾波器或聲光頻移器置于光纖環(huán)路中，用EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，摻鉺光纖放大器)補(bǔ)償環(huán)路損耗，單一頻率光在該光纖環(huán)中將產(chǎn)生多路穩(wěn)定的子載波輸出。第二種，2011年OFC會議上，V. R. Supradeepa小組報(bào)道了一種新的產(chǎn)生超連續(xù)譜的方案，兩束連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制器后各自產(chǎn)生相同頻率間隔的梳狀波，經(jīng)過放大器后得到高功率激光，利用非線性光纖的四波混頻效應(yīng)得到兩連續(xù)光的四波混頻組合，其中二級四波混頻的譜寬是連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制器后譜寬的五倍左右。第三種，在1998年，Sefler小組利用一個電光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)頻率搬移并利用色散頻移光纖的四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)2 3nm的頻率展寬。但是以上幾種方法都有缺點(diǎn)，第一種利用RFS產(chǎn)生多子載波的方法，由于在光纖環(huán)中用到EDFA，并且是循環(huán)通過EDFA，每次噪聲在EDFA都會產(chǎn)生累積，多次累積后產(chǎn)生的頻率分量噪聲系數(shù)逐步加大；第二種和第三種方法的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，展寬的譜寬不夠?qū)?，調(diào)制器使用偏置電壓，從而導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，其噪聲系數(shù)均勻，避免噪聲系數(shù)的逐步增大，實(shí)現(xiàn)方式較為簡單，頻率穩(wěn)定，產(chǎn)生的連續(xù)譜頻譜寬度較寬。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，包括如下步驟通過連續(xù)光激光器輸出的光束，經(jīng)過至少兩個調(diào)制器調(diào)制后，得到有頻率搬移的梳狀波，再用光放大器進(jìn)行光功率放大后，再輸入至高非線性光纖發(fā)生四波混頻效應(yīng)，最后經(jīng)過波長選擇開關(guān)調(diào)整光束。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述至少兩個調(diào)制器由同一個射頻信號發(fā)生器驅(qū)動， 驅(qū)動頻率完全相同。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述射頻信號發(fā)生器發(fā)出的信號分別被射頻功率放大器放大后，進(jìn)入每個調(diào)制器，且每個射頻功率放大器對應(yīng)一個調(diào)制器。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，高非線性光纖的零色散波長與連續(xù)光激光器的中心頻率波長差為O 5nm。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光放大器為半導(dǎo)體光放大器、摻餌光纖放大器、拉曼光纖放大器、光纖參量放大器中的一種。本發(fā)明的有益效果在于1.由于射頻信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定可控，因此經(jīng)過多個調(diào)制器進(jìn)行多級調(diào)制后的梳狀波頻率間隔是穩(wěn)定的，四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的新頻率位置由梳狀波頻率間隔決定，且與梳狀波頻率間隔相等，因此經(jīng)過高非線性光纖發(fā)生四波混頻效應(yīng)后，頻率穩(wěn)定且間隔相等。2.調(diào)制器和高非線性光纖常見且早已經(jīng)批量生產(chǎn)，因此該方法使用的設(shè)備簡單， 成本較低。3.由于本發(fā)明中信號只經(jīng)過一次光放大器，噪聲不會產(chǎn)生累積，且噪聲系數(shù)均勻， 避免頻率分量噪聲系數(shù)逐步加大。


圖1為本發(fā)明超寬譜光梳產(chǎn)生的方法的流程框圖；圖2為連續(xù)光源經(jīng)過1至3個調(diào)制器后的光譜；圖3為連續(xù)光源經(jīng)過大于3個調(diào)制器后的光譜；圖4為雙泵浦四波混頻原理示意圖；圖5為本發(fā)明產(chǎn)生的未經(jīng)整形的超寬譜光梳。附圖標(biāo)記連續(xù)光激光器101，調(diào)制器(1021、1022. . . 10 )，射頻信號發(fā)生器103，射頻功率放大器(1041、1042. · · 104η)，光放大器105，高非線性光纖106，波長選擇開關(guān)107。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明超寬譜光梳產(chǎn)生的方法包括如下步驟通過連續(xù)光激光器101 輸出的光束，經(jīng)過至少η (η ^ 2)個調(diào)制器1021、1022... 102η調(diào)制后，得到有頻率搬移的梳狀波，再用光放大器105進(jìn)行光功率放大后，輸入至高非線性光纖106發(fā)生四波混頻效應(yīng)，最后經(jīng)過波長選擇開關(guān)(wavelength selective switch，WSS) 107調(diào)整光束。其中， 每個調(diào)制器由同一個射頻信號發(fā)生器103驅(qū)動，且射頻信號發(fā)生器103發(fā)出的信號分別被與射頻功率放大器1041、1042. . . 104η放大后，進(jìn)入每個調(diào)制器，所述射頻放大器1041、 1042. · · 104η 與調(diào)制器 1021、1022. · · 102η ——對應(yīng)。如圖1所示，本實(shí)施例中，所述調(diào)制器1021、1022. . . 102η均為相同的相位調(diào)制器， 連續(xù)光激光器101輸出的光束被調(diào)制器1021、1022. . . 102η調(diào)制得到重復(fù)頻率等于調(diào)制頻率的梳狀波，即產(chǎn)生了邊帶，其中光束通過幾個調(diào)制器，就可以看做幾級調(diào)制器的調(diào)制。驅(qū)動調(diào)制器1021、1022. . . 102η的射頻信號發(fā)生器103，驅(qū)動頻率完全相同，以確保經(jīng)過多次調(diào)制后產(chǎn)生的便帶頻率間隔完全相等。經(jīng)過調(diào)制器1021、1022. . . 102η調(diào)制之后的梳狀波，頻率分量數(shù)量有限，覆蓋的頻譜寬度較窄。連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制器1021后，光場可由下式表示Ein (t) = E0exp (-j ω 0t) exp [jV (t) ] (1)式中是幅度，為常數(shù)；Coci是光頻率；V(t)是相位調(diào)制函數(shù)。若相位調(diào)制函數(shù) V(t)的頻率為ω，那么將上式做傅里葉變換，可得到ω(ι+ω和ω(Γω的頻率成分，即實(shí)現(xiàn)了在頻域的搬移。連續(xù)光激光器101經(jīng)過強(qiáng)的正弦波相位調(diào)制可產(chǎn)生多個頻率邊帶。如圖2所示，是中心波長1560nm的連續(xù)光激光器101經(jīng)過一級調(diào)制器1021調(diào)制后的光譜，本實(shí)施例是相位調(diào)制器，包括探測光、泵浦光和閑頻光，可以看到有多個新頻率成分的產(chǎn)生。如果在第一級調(diào)制器1021后再級聯(lián)調(diào)制器1022. . . 102η，那么還可以得到更多新的頻率邊帶。如圖3所示是經(jīng)過二級相位調(diào)制器1022后產(chǎn)生的新的光譜圖。如果級聯(lián)的是強(qiáng)度調(diào)制器，那么可將光梳整形也可將多個相位調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器級聯(lián)得到平坦的、多個頻率成分的梳狀波。如圖4是四波混頻的原理圖，連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制器1021、1022. . . 102η得到約2 5nm寬的光疏后，通過發(fā)生四波混頻效應(yīng)可得到更寬的光譜。一個或多個光波的光子被湮滅，同時幾個不同頻率的新光子產(chǎn)生，且在此過程中能量和動量守恒，四波混頻是一種非線性現(xiàn)象，其效率與泵浦光功率成正比。為得到高效率的四波混頻，連續(xù)光經(jīng)過調(diào)制器1021、 1022. . . 102η后，再用光放大器105將光功率放大。光放大器105可以是可以是半導(dǎo)體光放大器、摻鉺光纖放大器(EDFA)、拉曼光纖放大器、光纖參量放大器中的一種，本實(shí)施例中采用EDFA。由于四波混頻的產(chǎn)生要求嚴(yán)格的相位匹配，當(dāng)各頻率分量在光纖的零色散附近時，材料色散對相位失配的影響很小，容易滿足相位匹配條件。放大后的梳狀波進(jìn)入高非線性光纖106，高非線性光纖106的零色散波長與連續(xù)光激光器101的中心頻率波長差為0 5nm(最優(yōu)選的波長差是0)，以保證四波混頻的效率。由于各頻率分量間隔相等，因此四波混頻效率很高。下式是四波混頻的相位匹配條件Αβ = Ppmbe + β^ - IPpump = -^L· DifpXfpmbe - fp)(2)其中，Δ β為相位失配，，β idler, β ρ_分別為探測光、閑頻光和泵浦光的傳輸常數(shù)，fp，fpMbe為泵浦光和探測光頻率，D(fp)為泵浦光的色散值。當(dāng)上式等于0時，達(dá)到完全相位匹配。實(shí)際情況下，越接近于0，四波混頻的效率越高，效果越好。這就要求D(fp)為0， 也就是讓四波混頻發(fā)生在高非線性光纖的零色散波長點(diǎn)上。同時也要求高非線性光纖的色散斜率盡量小，使得色散曲線盡量平坦。從而得到更寬的超連續(xù)譜。圖5所示，是圖3所示的光梳經(jīng)過光放大器105，將功率放大到IW后，再進(jìn)入高非線性光纖(零色散波長為1557nm)發(fā)生四波混頻作用得到的光譜。圖中所示的超連續(xù)譜， 超過30nm。WSS107整形后，可得到功率相等的梳狀波。下面通過一個具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。例如，所述調(diào)制器1021的頻率為10GHz，假設(shè)經(jīng)過2級調(diào)制器(即兩個調(diào)制器1021 和1022)調(diào)制之后，得到20個頻率分量；那么總頻寬為200GHz，相當(dāng)于中心波長為1550nm 的光束展寬1.6nm。經(jīng)過光放大器105放大后，各頻率分量功率均得到放大，再輸入至高非線性光纖106，由于高非線性光纖106的零色散波長與連續(xù)光激光器101的中心波長差為0 5nm(最優(yōu)選的波長差是0)，因此各頻率成分之間發(fā)生高效的四波混頻效應(yīng)，得到等間隔的更多頻率成分的梳狀波。當(dāng)射頻功率放大器1041、1042. . . 104η和光放大器1021、 1022. . . 102η滿足條件射頻功率放大器1041、1042. . . 104η輸出射頻功率達(dá)到2W，光放大器1021、1022... 102η輸出功率達(dá)到IW及以上時，展寬的頻譜可以覆蓋整個C波段的30nm 以上的譜寬。 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，其特征在于，包括如下步驟通過連續(xù)光激光器輸出的光束，經(jīng)過至少兩個調(diào)制器調(diào)制后，得到有頻率搬移的梳狀波，再用放大器進(jìn)行光功率放大后，再輸入至高非線性光纖發(fā)生四波混頻效應(yīng)，最后經(jīng)過波長選擇開關(guān)調(diào)整光束。
2.如權(quán)利要求1所述超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，其特征在于所述至少兩個調(diào)制器由同一個射頻信號發(fā)生器驅(qū)動，驅(qū)動頻率完全相同。
3.如權(quán)利要求2所述超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，其特征在于所述射頻信號發(fā)生器發(fā)出的信號分別被射頻功率放大器放大后，進(jìn)入每個調(diào)制器，且每個射頻功率放大器對應(yīng)一個調(diào)制器。
4.如權(quán)利要求1所述超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，其特征在于高非線性光纖的零色散波長與連續(xù)光激光器的中心頻率波長差為0 5nm。
5.如權(quán)利要求1所述超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，其特征在于所述光放大器為半導(dǎo)體光放大器、摻餌光纖放大器、拉曼光纖放大器、光纖參量放大器中的一種。
全文摘要
一種超寬譜光梳產(chǎn)生的方法，涉及光通信領(lǐng)域，包括如下步驟通過連續(xù)光激光器輸出的光束，經(jīng)過至少兩個調(diào)制器調(diào)制后，得到有頻率搬移的梳狀波，再用放大器進(jìn)行光功率放大后，再輸入至高非線性光纖發(fā)生四波混頻效應(yīng)，最后經(jīng)過波長選擇開關(guān)調(diào)整光束。所述方法，實(shí)現(xiàn)方式較為簡單，噪聲系數(shù)均勻，避免噪聲系數(shù)的逐步增大，頻率穩(wěn)定，產(chǎn)生的連續(xù)譜頻譜寬度較寬。
文檔編號G02F1/365GK102338965SQ20111024332
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者張曉吟, 楊奇, 羅鳴, 賀志學(xué), 邱英 申請人:武漢郵電科學(xué)研究院