本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种超短光脉冲产生设备和方法。
背景技术：
1965年利用被动锁模红宝石激光器产生了皮秒级的脉冲，之后随着技术的发展，对撞锁模环形染料激光器使得脉冲延续时间缩短到飞秒级别。光学中，超短光脉冲是指延续时间在飞秒(10负15次方秒)数量级或更短的电磁脉冲。将超短脉冲作为光源，使得时间分辨率光谱技术、泵浦/探测技术等超快速的信息获取技术有了显著发展，例如时间分辨率荧光光谱技术、差异吸收光谱、反射光谱，时间分辨拉曼光谱、飞秒条纹相机、全光取样/电光取样测量、电吸收取样技术等等；除此之外，超短脉冲在化学，生物等多种领域中也有重要的应用。
如何产生质量较好的超短光脉冲一直是研究热点，目前来说，产生超短光脉冲的方案主要有以下几种：
1、锁模激光器产生方案；例如利用主动锁模光激光器可以产生高重复率，低占空比的光脉冲。但震动、温度等环境因素会影响主动锁模光纤激光器，导致激光器工作时较不稳定，造成光脉冲的波长和相位产生抖动，影响了光脉冲的质量和稳定性。
2、直流光外调制产生方案；将直流光注入到调制器中进行调制，直接产生光脉冲。这种方案简单易行，但是输出的光脉冲占空比较高，具有明显的非线性啁啾，质量较差。
3、锁模激光器/直流光结合非线性压缩级产生方案；将锁模激光器或直流光外调制产生的种子光脉冲注入到基于光纤高非线性效应的非线性压缩级中，以产生高重复频率近高斯型超短光脉冲。为了激发非线性压缩级的高非线性效应，一般需要将种子脉冲通过高功率光纤放大器进行功率放大，但也使得产生的光脉冲信噪比变差，无法保证光脉冲的质量。
综上，现有的超短脉冲的产生方案不能产生稳定的高质量的超短光脉冲。
技术实现要素：
本发明提供一种超短光脉冲产生设备和方法，用以解决现有技术中存在的超短脉冲的产生方案的不能产生稳定的高质量无啁啾的超短光脉冲的问题。
本发明实施例提供了一种超短光脉冲产生设备，该设备包括激光产生模块、相位调制模块、强度调制器、滤波器、补偿模块以及射频电源模块；
所述激光产生模块、所述相位调制模块、所述强度调制器、所述滤波器以及所述补偿模块依次连接；
所述射频电源模块分别为所述相位调制模块和所述强度调制器提供射频信号；
所述相位调制模块与所述强度调制器配合，用于产生具有平顶的光频梳的光信号；
所述滤波器，用于对所述强度调制器输出的光信号进行光谱整形；
所述补偿模块用于对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿。
可选的，所述强度调制器包括多个马赫曾德尔调制器mzm。
多个马赫曾德尔调制器mzm组合可以产生开关窗口宽度较小的光开关。
可选的，所述强度调制器为双平行马赫曾德尔调制器。
双平行马赫曾德尔调制器可以产生开关窗口宽度较小的光开关。
可选的，所述补偿模块为色散介质。
所述色散介质能够去除由相位调制器和强度调制器引起的线性啁啾。
可选的，所述激光产生模块为激光器，用于产生直流光信号。
可选的，所述相位调制模块包含至少一个相位调制器，所述相位调制器用于对所述激光产生模块的直流光信号进行相位调节。
光信号经过相位调制器可以使光信号具有与射频电源的射频信号相对应的相位。
可选的，所述射频电源模块包括射频电源和移相器，所述射频电源为所述相位调制模块提供射频信号，所述射频电源经过所述移相器为所述强度调制器提供射频信号，其中，所述移相器可以调节所述射频电源输出的射频信号的相位。
射频电源和移相器的组合可以调节提供的射频信号的相位，使输入到相位调制模块的射频信号和输入到强度调制器的射频信号具有一定的相位差，有利于强度调制器抑制光信号中非线性啁啾。
可选的，所述滤波器为可编程光带通滤波器obpf。
调节obpf可实现不同的光谱整形效果。
可选的，所述色散介质为下列材质中的一种：色散补偿光纤dcf、单模光纤smf、光纤布拉格光栅fbg。
可选的，所述色散介质的长度是根据所述色散介质的色散特性、所述相位调制模块和所述强度调制器确定的。
色散介质选择适当的长度才能使光信号中的线性啁啾去除。
本发明实施例提供了一种产生超短光脉冲的方法，该方法包括：
相位调制模块与强度调制器对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调制和强度调制以产生具有平顶的光频梳的光信号，其中，射频电源模块分别为所述相位调制模块和所述强度调制器提供射频信号；
滤波器对所述强度调制器输出的具有平顶的光频梳的光信号进行光谱整形；
补偿模块对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，使所述补偿模块输出超短光脉冲。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种超短光脉冲产生设备结构示意图；
图2为本发明实施例超短光脉冲产生设备中相位调制模块的结构示意图；
图3为本发明实施例双平行马赫曾德尔调制器的结构示意图；
图4为本发明实施例双平行马赫曾德尔调制器的射频信号输入端示意图；
图5为本发明实施例双平行马赫曾德尔调制器的直流偏置调节端口示意图；
图6为本发明实施例的另一种超短光脉冲的产生设备的结构示意图；
图7为本发明实施例经过相位调制器后具有啁啾的直流光信号的光谱图；
图8为本发明实施例经dpmzm调制后的光脉冲的波形图；
图9为本发明实施例经dpmzm调制后的光脉冲的光谱图；
图10为本发明实施例经高斯型obpf整形后的光脉冲的光谱图；
图11为本发明实施例色散介质输出端口的光脉冲的波形和高斯函数曲线的拟合图；
图12为本发明实施例色散介质输出端口的光脉冲经过光时分复用器复用后的信号眼图；
图13为本发明实施例经近矩形obpf整形后的光脉冲的光谱图；
图14为本发明实施例色散介质输出端口的另一种光脉冲的波形和sinc函数曲线的拟合图；
图15为本发明实施例一种产生超短光脉冲方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明实施例一种超短光脉冲产生设备，该设备包括激光产生模块100、相位调制模块101、强度调制器102、滤波器103、补偿模块104以及射频电源模块105；
所述激光产生模块100、所述相位调制模块101、所述强度调制器102、所述滤波器103、以及所述补偿模块104依次连接；
所述射频电源模块105分别为所述相位调制模块101和所述强度调制器102提供射频信号。
所述激光产生模块可以是激光器，能够产生直流光信号，激光器只是举例说明，凡是可以产生直流光信号的器件均可以作为激光产生模块。
所述相位调制模块用于对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调节，由于所述射频电源模块为所述相位调制模块提供的信号为射频信号，使得光信号在经过由射频信号驱动的所述相位调制模块后，直流光信号中包含了啁啾及与射频信号对应的相位变化。
所述补偿模块用于对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿。
如图2所示，所述相位调制模块200包含至少一个相位调制器201，所述相位调制器用于对所述激光产生模块的直流光信号进行相位调节。
所述射频电源模块可以为所述相位调制模块包含的相位调制器提供射频信号。
需要说明的是，所述射频电源模块提供的射频信号可以是余弦rf(radiofrequency，射频)信号也可以是正弦rf信号；
激光产生模块产生的直流光信号经过余弦射频信号驱动的相位调制模块后，直流光信号上有正弦啁啾和余弦相位；
激光产生模块产生的直流光信号经过正弦射频信号驱动的相位调制模块后，直流光信号上有余弦啁啾和正弦相位。
其中，直流光信号经过相位调制模块产生的正弦啁啾或余弦啁啾看做光信号的基底部分。
由于光信号在经过相位调制模块后使得光信号中存在非线性啁啾，为了保证最后输出的光信号为近无啁啾的光脉冲，应抑制光信号的中非线性啁啾；
利用强度调制器抑制光信号中的非线性啁啾；由射频信号驱动的强度调制器可以形成具有一定宽度开关窗口的光开关，可以有效抑制输入到强度调制器的光信号中的非线性啁啾。
所述强度调制器可以是多个马赫曾德尔调制器(mzm)也可以是一个双平行马赫曾德尔调制器(dpmzm)；
对于一个马赫曾德尔调制器来说，产生的光开关的开关窗口宽度较大，不能完全抑制非线性啁啾；
故，可以利用多个马赫曾德尔调制器进行组合以产生开关窗口宽度较小的光开关。
其中，如图3所示，双平行马赫曾德尔调制器属于集成器件，由两个mzm也即mzm1和mzm2，嵌入到一个mzm也即mzm3中构成，可以分别在mzm1和mzm2加载射频信号。
对于双平行马赫曾德尔调制器，由于是有多个马赫曾德尔调制器集成的，光开关的开关窗口宽度调节范围更大，可以形成开关窗口宽度较小的光开关，可以较好的抑制非线性啁啾，调节两个马赫曾德尔调制器上的射频信号可以形成不同类型的光开关。
较佳的，所述强度调制器可以选择双平行马赫曾德尔调制器。
如图4所示，调节双平行马赫曾德尔调制器，可以使得双平行马赫曾德尔调制器中的两个马赫曾德尔调制器分别由不同的射频信号rf1和rf2驱动，以形成不同的光开关。
如图5所示，双平行马赫曾德尔调制器存在三个直流偏置调节端口v1、v2、v3，分别对应mzm1、mzm2以及mzm1和mzm2的连接处。同时调节rf1、rf2以及三个直流偏置调节端口可以形成不同的光开关；
例如，可以设置mzm1由正弦射频信号驱动，mzm2的射频信号端口开路时，调节三个直流偏置，可以形成具有较高消光比和较小占空比的光开关。
所述强度调制器是由射频电源模块提供的射频信号驱动的；
所述射频电源模块可以包括射频电源和移相器(ps)，所述射频电源为所述相位调制模块提供射频信号，所述射频电源经过所述移相器为所述强度调制器提供射频信号，其中，所述移相器可以调节所述射频电源输出的射频信号的相位。
其中，所述射频电源模块分别提供两路射频信号，即输入到所述强度调制器的射频信号和输入至相位调制模块的射频信号，由于输入到所述强度调制器的射频信号经过移相器的调节，使得两路射频信号存在一定的相位差，可以调节移相器使得dpmzm的光开关的开关窗口中心与光信号基底部分的中心对齐，能够有效抑制光信号中的非线性啁啾。
调节移相器和dpmzm可以使经过dpmzm的光信号具有理想的线性啁啾。调节dpmzm可以使经过dpmzm的光信号具有平顶的光频梳光谱，也即光信号的光谱是离散的等间距频率的像梳子一样的光谱，平顶是指光谱中心的每根谱线间的幅度抖动小于1db。
调节dpmzm，可以产生具有近线性啁啾、高平坦度的光频梳的光信号。
使光信号具有高平坦度的光频梳光谱，有利于进行光谱整形，本发明中采用滤波器对dpmzm输出的光信号进行光谱整形，改变光频梳的强度，使滤波器输出端的光信号的光谱与目标脉冲的时域满足傅里叶变换关系，其中，目标脉冲是指通过超短光脉冲产生设备想要获取的光脉冲。
其中，所述滤波器是指具有光谱整形功能的滤波器，可以是普通obpf(opticalbandpassfilter，光带通滤波器)，也可以是可编程obpf，所述可编程obpf可以通过设置改变obpf的幅度响应特性，使obpf具有不同的整形效果，例如可以通过调节可编程obpf设置使之成为具有高斯型光谱整形功能的obpf，近平顶光频梳的光信号经过高斯型的obpf后可以具有高斯光谱；可以通过调节可编程obpf设置使之成为具有矩形光谱整形功能的obpf，具有平顶光频梳的光信号经过矩形的obpf后，光信号则具有矩形光谱。
经过dpmzm的光信号可以是具有平顶光频梳的光脉冲，在相位调制模块、强度调制器共同作用下，使得在光脉冲中增加了线性啁啾；
故增加补偿模块，所述补偿模块与所述滤波器的输出端口连接，用于对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，也即消除光脉冲中的线性啁啾。
所述补偿模块可以是色散介质，也可以是其他具有色散补偿作用的器件。
对于色散介质来说，其色散系数可以为正也可以为负。
所述色散介质为下列材质中的一种：dcf(dispersioncompensatedfiber，色散补偿光纤)、smf(singlemodefiber，单模光纤)、fbg(fiberbragggrating，光纤布拉格光栅)。
相应的，所述色散介质的长度是根据所述色散介质的色散特性、相位调制模块和强度调制器确定的，也即所述色散介质的长度需要与所述色散介质的色散系数，相位调制模块和强度调制器的调节参数相匹配才能去除由相位调制模块、强度调制器共同引起的线性啁啾。
如图6所示为本发明实施例的一种产生超短光脉冲的设备的结构示意图，其中包括激光器600、相位调制器601、dpmzm602、滤波器603、色散介质604、射频电源605以及移相器606；
其中，激光器600、相位调制器601、dpmzm602、滤波器603以及色散介质604依次连接，
射频电源605为相位调制器601提供射频信号，射频电源605经过移相器606为dpmzm602提供射频信号。
其中，各个器件的型号以及设备参数可以根据实际需要进行选择，下面简单介绍一种具体器件的组合方式：
激光器选择分布反馈(distributedfeedback)激光器，型号为agilent81980a，其射出的直流光信号中心波长为1545.3nm(纳米)、平均功率为8dbm(分贝毫x)；相位调制器的型号为eospacepm-5v4-40，相位调制器的相位调制系数约为3.7π，由射频电源的提供的射频信号驱动，其射频信号为频率为25ghz(吉赫兹)的正弦射频信号，射频电源的型号为agilentn5183a。如图7所示，经过相位调制器后具有非线性啁啾的直流光信号的光谱图。
dpmzm的型号为fujitsuftm7961ex，用于产生光开关，其中，dpmzm的半波电压为6v，mzm1由频率为25ghz、功率为22dbm的正弦射频信号驱动，mzm2不接驱动信号；射频信号经过移相器调节后输入到dpmzm，使dpmzm的开关窗口中心与相位调节器输出的直流光信号的正啁啾区也即光信号的基底部分的中心对准。
调节dpmzm的三个直流偏置，光信号经dpmzm进行强度调制后，可获得半高全宽为9.8ps的啁啾光脉冲，其波形和光谱分别如图8和图9所示，经dpmzm后，光脉冲具有了近平顶光频梳的光谱，同时可以看出经过dpmzm的调制对脉冲光谱的幅度起伏产生了极大改善，其中心19根谱线的平坦度为约1db。
在近平顶光频梳的光脉冲的基础上，通过可编程obpf控制光谱形状，即可实现光谱整形。为产生高斯脉冲，设置obpf为高斯型滤波器，中心波长为1545.3nm、3-db带宽为2.8nm。经obpf滤波后，光谱如图10所示。可以看出，此时光脉冲还具有近线性正啁啾。
色散介质可以选择长度为160m(米)的smf，对obpf输出的光脉冲中的线性啁啾进行补偿。
如图11所示，实线为smf输出端口的光脉冲的波形；空心线为半高全宽约为1.5ps的高斯函数曲线。
从图11可以看到两种曲线相互拟合，经计算得smf输出端口的光脉冲的时间带宽积为0.45。该脉冲为近无啁啾的高斯脉冲，其占空比约为3.8％、消光比约为28db；也即采用上述装置可以产生近无啁啾的高斯型光脉冲。
该光脉冲经过开关键控(ook)调制及1×8无源光时分复用器复用后，信号眼图如图12所示。复用后的8×25-gb/s光时分复用(opticaltimedivisionmultiplexing，otdm)信号具有较清晰的眼图张开度，并在时域上没有明显的码间串扰。
在近平顶光频梳的光脉冲的基础上，通过可编程obpf控制光谱形状，即可实现光谱整形。为产生奈奎斯特脉冲，设置obpf为近矩形滤波器，边带抑制比为30db、中心波长为1545.3nm、带宽为3.6nm。经obpf滤波后，光谱如图13所示。可以看出，此时光脉冲还具有近线性正啁啾。
色散介质可以选择长度为160m(米)的smf，对obpf输出的光脉冲中的线性啁啾进行补偿。
如图14所示，实线为smf输出端口的光脉冲的波形；空心线为半高全宽约为2ps的sinc(辛格)函数曲线。
从图14可以看到两种曲线相互拟合，该脉冲为近无啁啾的奈奎斯特脉冲，经计算得smf输出端口的光脉冲的占空比约为5％；也即采用上述装置也可以产生近无啁啾的奈奎斯特光脉冲。
基于同一发明构思，本发现实施例还提供了一种产生超短光脉冲的方法。由于该终端解决问题的原理与本发明实施例产生超短光脉冲的设备相似，因此该方法的实施可以参见设备的实施，重复之处不再赘述。
如图15所示，本发明实施例一种产生超短光脉冲的方法，该方法包括：
步骤1501：相位调制模块与强度调制器对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调制和强度调制以产生具有平顶的光频梳的光信号，其中，射频电源模块分别为所述相位调制模块和所述强度调制器提供射频信号；
步骤1502：滤波器对所述强度调制器输出的具有平顶的光频梳的光信号进行光谱整形；
步骤1503：补偿模块对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，使所述补偿模块输出超短光脉冲。
所述相位调制模块对激光产生模块产生的直流光信号进行相位调节，由于所述射频电源模块为所述相位调制模块提供的信号为射频信号，使得光信号在经过由射频信号驱动的所述相位调制模块后，直流光信号中包含了啁啾及与射频信号对应的相位变化。
需要说明的是，所述射频电源模块提供的射频信号可以是余弦rf(信号也可以是正弦rf信号；
激光产生模块产生的直流光信号经过余弦射频信号驱动的相位调制模块后，直流光信号上有正弦啁啾和余弦相位；
激光产生模块产生的直流光信号经过正弦射频信号驱动的相位调制模块后，直流光信号上有余弦啁啾和正弦相位。
其中，直流光信号经过相位调制模块产生的正弦啁啾或余弦啁啾看做光信号的基底部分。
由于光信号在经过相位调制模块后使得光信号中存在非线性啁啾，为了保证最后输出的光信号为近无啁啾的光脉冲，应抑制光信号的中非线性啁啾；
利用强度调制器抑制光信号中的非线性啁啾；由射频信号驱动的强度调制器可以形成具有一定宽度开关窗口的光开关，可以有效抑制输入到强度调制器的光信号中的非线性啁啾。
所述强度调制器可以是多个马赫曾德尔调制器也可以是一个双平行马赫曾德尔调制器；
所述强度调制器是由射频电源模块提供的射频信号驱动的，所述射频电源模块可以包括射频电源和移相器，所述射频电源为所述相位调制模块提供射频信号，所述射频电源经过所述移相器为所述强度调制器提供射频信号，其中，所述移相器可以调节所述射频电源输出的射频信号的相位。
所述射频电源模块分别提供两路射频信号，即输入到所述强度调制器的射频信号和输入至相位调制模块的射频信号，由于输入到所述强度调制器的射频信号经过移相器的调节，使得两路射频信号存在一定的相位差，可以调节移相器使得强度调制器的光开关的开关窗口中心与相位调制模块输出的光信号基底部分的中心对齐，能够有效抑制光信号中的非线性啁啾。
调节移相器和强度调制器可以使经过强度调制器的光信号具有理想的线性啁啾。调节强度调制器可以使经过强度调制器的光信号具有平顶的光频梳光谱；
使光信号具有高平坦度的光频梳光谱，有利于进行光谱整形，本发明中采用滤波器对强度调制器输出的光信号进行光谱整形，改变光频梳的强度，使滤波器输出端的光信号的光谱与目标脉冲的时域满足傅里叶变换关系，其中，目标脉冲是指通过超短光脉冲产生设备想要获取的光脉冲。
所述补偿模块与所述滤波器的输出端口连接，对所述滤波器输出的光信号进行线性啁啾补偿，也即消除光脉冲中的线性啁啾，使所述补偿模块输出超短光脉冲。
所述补偿模块可以是色散介质，也可以是其他具有色散补偿作用的器件。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。