专利名称：一种基于时频映射的光学频率梳发生器的制作方法
一种基于时频映射的光学频率梳发生器技术领域
基于射频信号的级联光强度调制与相位调制可产生光学频率梳，即光频梳。为了得到尽可能多的平坦谱线，通常需要合理优化强度调制器的直流偏置点及强度调制器和相位调制器的调制深度。本发明涉及一种利用光调制产生光频梳的发生装置，其通过在强度调制器与相位调制器之间配置一定长度的色散光纤，可以实现时域平顶波形到频域平坦谱线的映射，其中只需将光强度调制器合理配置使其输出为平顶波形，而无需参数的优化，且输出光频梳的谱线数量可根据平坦波形的宽度和相位调制器的调制深度进行估计。本发明属于微波光子领域，尤其涉及基于光调制的光频梳产生方法的技术领域。
背景技术：
目前，由于光频梳在光的任意波发生、波分复用、物理量精密测量等领域的巨大应用前景，平坦光频梳的产生方法受到越来越多的关注。产生光频梳的方法主要分为两种，一种是基于锁模激光器的方法，另外一种是基于电光调制的方法。前者需要构建类似激光器的复杂结构，其输出光谱易受外界温度和光纤等材料损耗特性的影响性能难以得到进一步的提闻。而后一种基于电光调制的方法由于其更易调节，且具有闻稳定和大带宽等突出优点，是目前的研究热点。
电光相位调制器可用作一种简易的时间透镜，在一定条件下实现时域到频域的映射(参考文献:B.H.Kolner, uSpace-time duality and the theory of temporalimaging，，，IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.30, n0.8，1994，pp.1951-1963)。因此，顶部平坦的光时域脉冲输入光相位调制器可输出频谱分布轮廓与时域波形相似的光步页梳(Torres-Company, Jesiis Lancis, and Pedro Andres, “Lossless equalizationof frequency combs”，Optics Letters, vol.33，n0.16，2008, pp: 1822-1824)。通过级联两个强度调制器，得到一个顶部平坦的光时域脉冲，将频率为IOGHz的微波信号加载在光相位调制器上，可得到平坦度为ldB，频率间隔为IOGHz的38条谱线(参考文献:R.Wu，V.R.Supradeepa, C.M.Long, et al.“Generation of very flat optical frequency combsfrom continuous-wave lasers using cascaded intensity and phase modulatorsdriven by tailored radio frequency waveforms，，，Optics Letters, vol.35, n0.19, 2010,pp:3234-3236)。
已有的这些方案都以光相位调制器作为时间透镜，以实现时频映射，产生平坦光频梳。然而此时的时频映射是在光相位调制器的调制深度达到一定强度条件下获得的，对平顶光脉冲的时域带宽和光相位调制器的调制深度有一定的要求。本发明针对这种情况，基于色散光纤和光相位调制器，提出一种可实现无条件时频映射的光学频率梳发生器。发明内容
本发明公开了一种可实现无条件时频映射的光学频率梳发生器。具体方法为，在光相位调制器前，配置一段色散光纤，通过合理选择光纤长度和色散系数，可实现无条件的时频映射，与已有的方案相比，本发明所提供的方法可以实现一种更为精确的时频映射，可用来产生更为平坦的光频梳。
具体而言，本发明所涉及的光学频率梳发生器的结构如
图1所示。图中，射频信号[6]驱动强度调制器(2)对激光器(I)发出的连续光进行调制，通过调整强度调制器的直流偏置电压(7)和驱动信号的功率，使强度调制器的输出为平顶光脉冲，此光脉冲经过一段色散光纤(3)进入光相位调制器(4)，射频信号(6)经功率放大器(8)放大后驱动相位调制器。移相器(5)用于保证时域脉冲和相位调制器调制信号的同步。选择合适的光纤长度和色散系数，可实现时域平顶光脉冲波形到频域平坦光频梳的映射。具体的理论推导如下。强度调制器的输出可表示为
a(t) = A0 exp(/Vy00.臺 |exp a sin comt + /)+ exp π(-臺 a sin coj) | ( I)
其中，Atl和GJci分别为连续激光的电场幅度和角频率，COm为射频信号的角频率，a =VIM/Vn—ΙΜ为射频信号相对于强度调制器半波电压νπ—ΙΜ的归一化调制系数，Y = Vbias/Vbias为直流偏置电压相对强度调制器的直流半波电压的归一化系数。当强度调制器正交偏置，工作于其调制曲线的线性区时，即可得到平顶的光脉冲波形a(t)。
理想时间透镜的传递函数为h (t) =exp (i Φ (t))，其中相位调制函数Φ⑴为抛物线型，但在实际中抛物线型的信号很难实现，通常用三角函数信号代替抛物线型信号。本发明装置中的射频调制函数可以表示为
φ{ .) = βπcos(coj) oc βπ --( /)2(2)
其中
权利要求
1.基于时频映射的光学频率梳发生器，其特征在于，光学频率梳发生器包括以下器件:激光器(1)，一个马赫曾德强度调制器(2)，一段色散光纤(3)，一个相位调制器(4)，一个移相器(5 )，一个微波信号源(6 )，一个直流电压源(7 )和一个功率放大器(8 )。强度调制器(2 )和相位调制器(4)采用级联形式，其间连接有一段色散光纤(3)，射频信号对激光器(I)产生的连续光波依次进行强度调制和相位调制，移相器(5)用于保证相位调制器的调制信号与其输入脉冲同步。色散光纤(3)和相位调制器(4)用来实现时频映射。
2.权利要求1所述的光学频率梳发生器装置，其特征在于采用色散光纤和光相位调制器实现时频映射，只要输入色散光纤的光时域波形为平顶的，通过合理配置色散光纤的参数，即可实现无条件的时域平顶脉冲波形到频域平坦光频梳的映射。
3.权利要求2所述的时频映射的方法，其特征在于，有效地应用了光纤的色散，不需要传统方案中对平顶光脉冲带宽和相位调制器调制深度的限制，通过选择合适的色散光纤，即能实现时频映射。
4.权利要求2所述的光学频率梳发生方法，其特征在于，输出的光学频率梳的谱线数量与输入色散光纤的时域平顶光脉冲的宽度及相位调制器的调制深度之间存在一种对应关系，此关系可用来预估光学频率梳的谱线数量。在实际应用中，也可以根据所需的光频梳谱线数量，确定所需相位调制器的调制深度。
5.权利要求2所述的光学频率梳发生方法其特征在于不需要传统方案中对强度调制器和相位调制器的多参数的优化，只需要将强度调制器偏置在正交偏置点，并工作在线性调制区，使其输出为平顶的光脉冲波形，然后根据所需光频梳的谱线数量，确定相位调制器的调制深度和色散光纤的长度即可，简化了光频梳产生的设计过程。
6.权利要求2所述的光学频率梳发生方法，其特征在于对色散光纤之后的相位调制器的调制深度没有约束，可以通过级联多个相位调制器来实现大的调制深度，从而输出更多的平坦光频梳谱线。
全文摘要
本发明公开了一种基于时频映射产生光学频率梳的发生装置，以及预估输出光频梳谱线条数的方法。本发明的实验装置如图所示，具体实验方法为设置强度调制器为正交偏置，并工作于线性偏置区，连续光波经强度调制后输出平顶光脉冲；应用色散光纤与光相位调制器实现时域平顶脉冲到频域平坦光频梳的映射。所得的光频梳谱线条数可根据平顶光脉冲的时域宽度与相位调制器的调制深度进行估计。与已有方案相比，本发明中色散光纤的引入可得到更精确的时频映射。
文档编号H01S3/109GK103149772SQ20131009496
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者闫娟娟, 彭亦超 申请人:北京航空航天大学