一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，涉及光電子器件、微波光子學(xué)、全光數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，連續(xù)波激光器(1)首先接偏振控制器(2)，隨后偏振控制器(2)接雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器(3)，正弦波本地振蕩器(4)接90度電橋(5)，90度電橋(5)接雙平行馬赫曾德調(diào)制器(3)的驅(qū)動(dòng)端口使其工作于推挽模式，偏置電壓源(6)接雙平行馬赫曾德調(diào)制器(3)，為其提供偏置電壓，雙平行馬赫曾德調(diào)制器(3)隨后接摻鉺光纖放大器(7)和帶通濾波器(8)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，帶通濾波器(8)的接環(huán)形器(9)，環(huán)形器(9)的另一輸入端口接啁啾布拉格光纖光柵(10)，從環(huán)形器的輸出端口可接收輸出的三角形光脈沖。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電子器件、微波光子學(xué)、全光數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體地講是一種基于四 倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002] 全光信號(hào)處理技術(shù)是全光通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，是目前國(guó)內(nèi)外研宄的重點(diǎn)。 全光信號(hào)處理中，周期性三角形光脈沖串是一種周期性且在時(shí)域范圍內(nèi)具有線性上升沿與 下降沿的特殊光脈沖串，其生成及其他關(guān)鍵技術(shù)被廣泛研宄。光學(xué)三角形脈沖可用于全光 數(shù)據(jù)處理。例如，利用三角形光脈沖的時(shí)域特性，結(jié)合光學(xué)非線性效應(yīng)，三角形光脈沖可實(shí) 現(xiàn)高效全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。光學(xué)三角形脈沖結(jié)合交叉相位調(diào)制（XPM)，可將時(shí)分多路復(fù)用（TDM) 全光轉(zhuǎn)換成波分復(fù)用（WDM)信號(hào)。此外，可以通過(guò)將三角泵脈沖產(chǎn)生的交叉相位調(diào)制和色 散介質(zhì)中的傳播相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)時(shí)域和頻域拷貝、脈沖壓縮。因此，光子三角形脈沖發(fā) 生器被認(rèn)為是未來(lái)的全光網(wǎng)絡(luò)一個(gè)非常重要的設(shè)備。
[0003] 近年來(lái)，國(guó)際上相繼報(bào)道了一系列三角形光脈沖光子發(fā)生器的研宄成果。以鎖 模激光器作為光源的全光脈沖整形是目前獲得對(duì)稱(chēng)三角形光脈沖所采用的最常用方法。 例如，2011年，西南交通大學(xué)的J. Ye等人在他們最近的研宄成果中提到一種利用保偏 光纖、偏振控制器和起偏器作為頻譜整形單元，并結(jié)合FTTM，可以獲得三角形光脈沖（Ye J, Yan L, Pan ff,et al. Photonic generation of triangular-shaped pulses based on frequency-to-time conversion[J] · Optics letters. 2011，36(8):1458-1460.)。2013 年， A. Zhang等人研宄利用三組光柵陣列作為頻譜整形單元，結(jié)合FTTM可實(shí)現(xiàn)任意波形的產(chǎn) 生，包括對(duì)稱(chēng)三角形光脈沖（A. Zhang and C. Li, Analysis of dynamic optical arbitrary waveform generation based on three FBG arrays[J]. Optics & Laser Technology, 2 013, vol. 52, pp. 81-86.)。除上述方法外，也可將連續(xù)波激光器作為光源獲得對(duì)稱(chēng)三角形 光脈沖。例如，B. Dai等人利用對(duì)連續(xù)光進(jìn)行射頻調(diào)制產(chǎn)生類(lèi)似脈沖激光的梳狀譜，對(duì)所 產(chǎn)生的梳狀譜各個(gè)譜線的幅度及相位進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)生包括對(duì)稱(chēng)三角形、鋸齒形、平頂形和 正弦形等多種時(shí)域形狀的脈沖（B. Dai, Z. Gao, X. Wang, et al. Generation of Versatile Waveforms From Cff Light Using a Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator and Employing Chromatic Dispersion[J]. IEEE/0SA Journal of Lightwave Technology,2013,vol.3 1，pp. 145-151.)。此外，J. Li等人還提出了以諧波擬合的方式，利用連續(xù)波射頻調(diào)制和光 纖色散所致的射頻功率衰落效應(yīng)，獲得周期性起伏對(duì)稱(chēng)三角形光脈沖串的方法（J. Li, X. Zhang, B. Hraimel, et al. Performance Analysis of a Photonic-Assisted Periodic Triangular-Shaped Pulses Generator[J]. IEEE/0SA Journal of Lightwave Technology ，2012, vol. 30, pp. 1617-1624.)。但是，上述以鎖模激光器作為光源的頻譜整形方法，方案需 要穩(wěn)定的鎖模脈沖激光器，價(jià)格非常昂貴；上述以連續(xù)波激光器作為光源的三角形光脈沖 發(fā)生器，光纖長(zhǎng)度范圍固定，系統(tǒng)不夠靈活，且重復(fù)率不夠高。為此，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià) 格便宜，可以省去長(zhǎng)距離傳輸所耗光纖，生成具有更高的重復(fù)率或更小的脈沖持續(xù)時(shí)間的 光學(xué)三角脈沖的發(fā)生器是非常必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是提供成本低的一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器。與傳統(tǒng) 的生成方法不同，本裝置以連續(xù)波激光器為光源，利用雙平行馬赫曾德調(diào)制器分別工作于 最大傳輸點(diǎn)、最大傳輸點(diǎn)、最小傳輸點(diǎn)時(shí)，輸出光信號(hào)類(lèi)似于脈沖形式，隨后利用啁啾布拉 格光纖光柵中的色散所致強(qiáng)度衰減效應(yīng)，對(duì)光脈沖進(jìn)行整形，調(diào)節(jié)裝置的參數(shù)，獲得了具有 高重復(fù)頻率的三角形光脈沖。由于使用四倍射頻調(diào)制，由于目前調(diào)制器的工作頻率可達(dá)到 40GHz，本裝置能夠產(chǎn)生重復(fù)頻率160GHz三角形光脈沖。本裝置僅采用廉價(jià)的連續(xù)波激光 器為光源，從而極大得降低成本；采用光柵，省去長(zhǎng)距離的光纖傳輸；并且考慮到偏置點(diǎn)漂 移，使得本裝置具有很高的商用價(jià)值。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，其特征在 于：該三角形脈沖發(fā)生器包括，連續(xù)波激光器、偏振控制器、雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器、正弦 波本地振蕩器、90°電橋、偏置電壓源、摻鉺光纖放大器、帶通濾波器、環(huán)形器、啁啾布拉格 光纖光柵；具體連接方式為：
[0006] 連續(xù)波激光器的光輸出端接偏振控制器的輸入端，偏振控制器的輸出端接雙平行 馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的光輸入端，正弦波本地振蕩器的電輸出端接90度電橋的電輸入端， 90度電橋的90度電輸出端口和0度電輸出端口分別接雙平行馬赫曾德調(diào)制器的第一電驅(qū) 動(dòng)端口和第二電驅(qū)動(dòng)端口，偏置電壓源的電輸出端接雙平行馬赫曾德調(diào)制器的電壓偏置端 口，雙平行馬赫曾德調(diào)制器的光輸出端接摻鉺光纖放大器的光輸入端，摻鉺光纖放大器的 光輸出端接帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端接環(huán)形器的輸入端，環(huán)形器的第一 輸出端接啁啾布拉格光纖光柵的輸入端，環(huán)形器的第二輸出端輸出三角形光脈沖。
[0007] 調(diào)節(jié)偏置電壓源的輸出電壓Vbias，使Vbias= V π，其中Vn為雙平行馬赫曾德調(diào)制器 的半波轉(zhuǎn)換電壓，且4V。將雙平行馬赫曾德調(diào)制器的兩個(gè)子MZ和一個(gè)母MZ分 別偏置于最大傳輸點(diǎn)、最大傳輸點(diǎn)、最小傳輸點(diǎn)；
[0008] 設(shè)定調(diào)制系數(shù)=JT νκρ/2νπ = 4. 438,調(diào)節(jié)正弦波本地振蕩器輸出的正弦信號(hào)幅值 Vef= 2. 825V π；
[0009] 調(diào)節(jié)啁啾布拉格光纖光柵的總色散量DL，滿足DL = l.lc/64f|FAg，其 中C為真空中光的傳播速度，fKF為正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號(hào)，其頻率為 IGHz ^ fEF^ 40GHz ；
[0010] 雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器的偏置電壓源偏移量AVbias，其范圍為-0.5% ^ AVbias^ 1% ；
[0011] 經(jīng)過(guò)上述設(shè)置，環(huán)形器輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f = 4fKF。
[0012] 本發(fā)明的具體工作原理如下：
[0013] 由連續(xù)波激光器輸出的光電場(chǎng)表達(dá)式為：
[0014] Ein(t) = E〇exp(j ω〇) (I)
[0015] 其中Etl為光信號(hào)幅度，ω ^為中心角頻率，然后光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振器輸入到雙平行馬 赫曾德?tīng)栒{(diào)制器，當(dāng)DP-MZM的消光比為?時(shí)，DP-MZM輸出端的光場(chǎng)分布為
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，其特征在于：該三角形脈沖發(fā) 生器包括，連續(xù)波激光器（1)、偏振控制器（2)、雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器（3)、正弦波本地 振蕩器（4)、90°電橋（5)、偏置電壓源￠)、摻鉺光纖放大器（7)、帶通濾波器（8)、環(huán)形器 (9)、啁啾布拉格光纖光柵（10);具體連接方式為： 連續(xù)波激光器（1)的光輸出端接偏振控制器（2)的輸入端，偏振控制器（2)的輸出端 接雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器（3)的光輸入端，正弦波本地振蕩器（4)的電輸出端接90度電 橋（5)的電輸入端，90度電橋（5)的90度電輸出端口（51)和0度電輸出端口（52)分別接 雙平行馬赫曾德調(diào)制器（3)的第一電驅(qū)動(dòng)端口（31)和第二電驅(qū)動(dòng)端口（32)，偏置電壓源 (6)的輸出端接雙平行馬赫曾德調(diào)制器（3)的電壓偏置端口（33)，雙平行馬赫曾德調(diào)制器 (3)的光輸出端接摻鉺光纖放大器（7)的光輸入端，摻鉺光纖放大器（7)的光輸出端接帶 通濾波器（8)的輸入端，帶通濾波器（8)的輸出端接環(huán)形器（9)的輸入端（91)，環(huán)形器（9) 的第一輸出端（92)接啁啾布拉格光纖光柵（10)的輸入端，環(huán)形器的第二輸出端（93)輸出 三角形光脈沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四倍射頻調(diào)制的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，其特征在 于： 調(diào)節(jié)偏置電壓源（6)的輸出電壓Vbias，使Vbias= V π，其中Vn為雙平行馬赫曾德調(diào)制器 ⑶的半波轉(zhuǎn)換電壓，且2V彡νπ<4ν;將雙平行馬赫曾德調(diào)制器（3)的兩個(gè)子MZ和一個(gè) 母MZ分別偏置于最大傳輸點(diǎn)、最大傳輸點(diǎn)、最小傳輸點(diǎn)； 設(shè)定調(diào)制系數(shù)m= πνκρ/2νπ= 4. 438,調(diào)節(jié)正弦波本地振蕩器（4)輸出的正弦信號(hào)幅 值 Vkf= 2. 825V π; 調(diào)節(jié)啁啾布拉格光纖光柵（9)的總色散量DL，滿足
其中 c為真空中光的傳播速度，fKF為正弦波本地振蕩器⑷的輸出正弦信號(hào)，其頻率為 IGHz ^ fEF^ 40GHz ； 雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器⑶的偏置電壓源偏移量AVbias，其范圍為-0.5 % ^ AVbias^ 1% ； 經(jīng)過(guò)上述設(shè)置，環(huán)形器（9)輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f = 4fKF。
【文檔編號(hào)】H04B10/508GK204190774SQ201420654078
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】袁瑾, 李晶, 寧提綱, 張嬋, 陳宏堯, 李月琴 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)