一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器的制作方法

本发明涉及光电子器件、微波光子学、全光数据处理领域，具体地讲是一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器。

背景技术：

全光信号处理是解决光通量诸如大带宽和高速通信等电信领域的主要问题的关键。全光信号处理中，三角形光脉冲因其有特殊的线性上升沿和线性下降沿，并且相互对称的时域特征，在全光信号处理中具有广泛的应用，因此三角形光脉冲的产生在光学系统中具有很大的研究价值。使用具有三角形脉冲的交叉相位调制，可实现光时分复用到波分复用的全光波长变换，还可以实现部分信号的再生。使时域或频域光脉冲倍增的全光技术也依赖于在交叉相位调制中引入的三角形泵浦脉冲。使用具有三角形泵浦脉冲的交叉相位调制还可以实现全光信号的频率转换、脉冲压缩和信号再生。另外，使用三角形脉冲可以实现基于光纤和偏移滤波中自相位调制的波长转换器的性能得到两倍改进。此外，三角形微波信号在现代雷达和天线系统、射频通信系统、电子设备测试测量等领域也有广泛的应用，因此输出稳定的三角形信号具有很大的研究价值。因此，光子三角形脉冲发生器被认为是未来的全光网络一个非常重要的设备。

近年来，国际上相继报道了一系列三角形光脉冲光子发生器的研究成果。一种方案是通过光学梳妆发生器或者锁模激光器作为相干光源，输入到光谱整形器中，调整输入的波形来得到预期的输出波形。例如，2011年，西南交通大学的j.ye等人提到一种利用两个级联滤波器作为频谱整形单元，并结合fttm，可以获得三角形光脉冲(yej,yanl,panw,etal.photonicgenerationoftriangular-shapedpulsesbasedonfrequency-to-timeconversion[j].opticsletters.2011,36(8):1458-1460.)。但是该方案需要一个超短脉冲源，使得成本较高，结构较为复杂。为了降低成本，可将连续波激光器作为光源获得三角形光脉冲。例如，j.li等人提出了谐波拟合的方式，利用马赫增德尔调制器和光纤色散原件来产生对称三角形脉冲(j.li，x.zhang，b.hraimel，t.ning,performanceanalysisofaphotonic-assistedperiodictriangular-shapedpulsesgenerator.lightwavetechnology,journalof,2012.30(11):p.1617-1624.)。该方案依赖于光纤色散和驱动频率之间的关系，因此调谐性能较差。另一种方案是在时域对光包络进行刻蚀和叠加。例如，j.yang等人提出利用分布式反馈半导体激光器的注入锁定进程来完成期望谐波信号的产生，再以合适的功率比和时延对这些信号进行叠加来得到三角形光脉冲(y.jiang，c.ma，g.bai，z.jia,photonicgenerationoftriangularwaveformutilizingtime-domainsynthesis.photonicstechnologyletters,ieee,2015.27(16):p.1725-1728.)。但是调谐不够灵活，系统比较复杂。上述三角形光脉冲发生器，调谐不够灵活，系统结构较为复杂，因此设计一种结构简单，价格便宜，能够灵活调谐的光学三角脉冲的发生器是非常必要的。本发明仅通过调节射频信号的驱动频率和时延就可以实现重复频率的调谐。

技术实现要素：

本发明是提供成本低的一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器。与传统的生成方法不同，本装置以连续波激光器为光源，采用一个单驱动的马赫曾德调制器，使其工作于正交偏置点，此时输出光信号类似于正弦信号。通过一个光功率分配器将正弦信号分为上下两路，上支路通过一个偏振控制器，下支路通过一个偏振控制器和一个可调时延线。通过调节可调时延线来引入一定的时延。通过调节上下两支路的偏振控制器，使两个信号以正交偏振的状态进行叠加，不会引入相干干扰。接下来通过偏振集束器将上下辆支路信号结合，从而获得了具有可调谐重复频率的三角形光脉冲。本装置仅采用廉价的连续波激光器为光源，从而极大得降低成本。本方案的调制指数将不再固定在一个值，而是在一个合适的范围内可调节，并且考虑到偏置点漂移，使得本装置具有很高的商用价值。

本发明的技术方案：一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器，其特征在于：该三角形脉冲发生器包括，连续波激光器、单驱动平行马赫曾德尔调制器、正弦波本地振荡器、功率分配器、偏振控制器、偏振集束器、可调时延线；具体连接方式为：

连续波激光器的光输出端接单驱动马赫曾德尔调制器的光输入端，正弦波本地振荡器的电输出端接单驱动马赫曾德调制器的电驱动端口，单驱动马赫曾德调制器的光输出端接光功率分配器的光输入端，光功率分配器的第一输出端和第二输出端分别接两个偏振控制器的光输入端，一个偏振控制器的光输出端接偏振集束器的光输入端，一个偏振控制器的光输出端接可调时延线的光输入端，可调时延线的光输出端接偏振集束器的光输入端，偏振集束器的光输出端输出三角形光脉冲。

调节偏置电压源的输出电压vbias，其范围为1.94≤δvbias≤2.06；将单驱动马赫曾德调制器的偏置于正交传输点；

调制系数其中vrf为驱动信号的幅度，vπ为单驱动马赫曾德调制器的半波转换电压，且vπ＝4v。β的范围为0.92≤β≤1.57。

可调延时线(7)引入延时τ，其范围为6.1ps≤τ≤479ps。

正弦波本地振荡器(2)的输出正弦信号频率为frf，其范围为1ghz≤frf≤40ghz；

经过上述设置，偏振集束器(8)输出为三角形光脉冲，重复频率为f＝frf。

本发明的具体工作原理如下：

由连续波激光器输出的光电场表达式为：

e0(t)＝e0exp(jω0t)(1)

其中e0和ω0表示其幅值和角频率，然后光信号输入到单驱动马赫曾德尔调制器。用于驱动sd-mzm的rf信号为vrfcos(ωt)，其中vrf和ω表示rf信号的幅值和频率。当sd-mzm的消光比为εr＝∞时,sd-mzm输出端的光场分布为：

其中vπ表示sd-mzm的半波转换电压。a点的光强度表达式为：

其中，调制指数可通过调节驱动信号的幅度来改变β的值。

正交偏振单元由一个50:50的光耦合器，两个偏振控制器，一个可调时延线和一个偏振集束器组成。从单驱动马赫增德尔调制器输出的光信号被分为两个支路，上下两支路的信号经过偏振控制器调节为正交偏振的方向。通过在下支路加入一个可调时延线来引入一定的时延。之后通过偏振集束器结合两路信号。偏振集束器输出后的光场分布为:

由于两支路的信号是以正交偏振的状态结合的，所以他们之间不存在相干干扰。因此对应的光强度表达式为：

为了更好地研究三角形光脉冲与上述参数(β，τ和ω)之间的关系，将上述表达式展开为：

其中:

o(ω)代表高阶谐波，当β很小时，可以忽略不计。

理想三角波形的傅里叶展开式：

比较式(6)和式(8)，为了获得近似的三角形微波信号，应该满足：

a1＝9a3(9)

结合式(7)，我们可以得到参数(β和τ，ω)之间的关系：

本发明的有益效果具体如下：

本发明不涉及复杂的结构，充分利用电光调制原理，以光子学方法产生了高重复频率的三角波；本发明中脉冲重复频率具有连续可调谐的特性，仅改变本振频率，便可对三角形光脉冲的重复频率进行调谐；并且方案采用廉价的连续波激光器，可以极大的降低获得成本。

附图说明

图1一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器。

图2三角形光脉冲发生装置产生的三角波时域波形示意图(频率f＝1ghz)。

图3三角形光脉冲发生装置产生的三角波时域波形示意图(频率f＝10ghz)。

图4三角形光脉冲发生装置产生的三角波时域波形示意图(频率f＝30ghz)。

图5三角形光脉冲发生装置产生的三角波时域波形示意图(频率f＝40ghz)。

具体实施方式

下面结合附图1至5对一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器作进一步描述。

实施例一

一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器，如图1所示，其特征在于：该三角形脉冲发生器包括，连续波激光器1、正弦波本地振荡器2、单驱动马赫曾德尔调制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可调时延线7、偏振集束器8；具体连接方式为：

连续波激光器1的光输出端接单驱动马赫曾德尔调制器3的光输入端，正弦波本地振荡器2的电输出端接单驱动马赫曾德调制器3的电驱动端口31，单驱动马赫曾德调制器3的光输出端接光功率分配器4的光输入端，光功率分配器4的第一输出端41和第二输出端42分别接偏振控制器5和偏振控制器6的光输入端，偏振控制器5的光输出端接偏振集束器8的第一输入端81，偏振控制器6的光输出端接可调时延7的光输入端，可调时延线7的光输出端接偏振集束器8的光输入端，偏振集束器8的光输出端输出三角形光脉冲。

调节偏置电压源的输出电压vbias＝2v；将单驱动马赫曾德调制器的偏置于正交传输点；

调节调制系数其中vrf为驱动信号的幅度，vπ为单驱动马赫曾德调制器的半波转换电压，且vπ＝4v。

调节可调延时线，使延时τ＝479ps。

正弦波本地振荡器的输出正弦信号频率为frf＝1ghz；

本实施例调制器的消光比εr取值为20db，vbias取值为2v，frf＝10ghz，β＝0.92，vπ＝4v，τ＝479ps。经过上述调节后，偏振集束器输出为三角形光脉冲，重复频率为f＝frf＝1ghz，对应时域曲线图2所示。

实施例二

一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器，如图1所示，其特征在于：该三角形脉冲发生器包括，连续波激光器1、正弦波本地振荡器2、单驱动马赫曾德尔调制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可调时延线7、偏振集束器8；具体连接方式为：

连续波激光器1的光输出端接单驱动马赫曾德尔调制器3的光输入端，正弦波本地振荡器2的电输出端接单驱动马赫曾德调制器3的电驱动端口31，单驱动马赫曾德调制器3的光输出端接光功率分配器4的光输入端，光功率分配器4的第一输出端41和第二输出端42分别接偏振控制器5和偏振控制器6的光输入端，偏振控制器5的光输出端接偏振集束器8的第一输入端81，偏振控制器6的光输出端接可调时延7的光输入端，可调时延线7的光输出端接偏振集束器8的光输入端，偏振集束器8的光输出端输出三角形光脉冲。

调节偏置电压源的输出电压vbias＝1.94v；将单驱动马赫曾德调制器的偏置于正交传输点；

调节调制系数其中vrf为驱动信号的幅度，vπ为单驱动马赫曾德调制器的半波转换电压，且vπ＝4v。

调节可调延时线，使延时τ＝33.7ps。

正弦波本地振荡器的输出正弦信号频率为frf＝10ghz；

本实施例调制器的消光比εr取值为20db，vbias取值为1.94v，frf＝10ghz，β＝1.1，vπ＝4v，τ＝33.7ps。经过上述调节后，偏振集束器输出为三角形光脉冲，重复频率为f＝frf＝10ghz，对应时域曲线图3所示。

实施例三

一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器，如图1所示，其特征在于：该三角形脉冲发生器包括，连续波激光器1、正弦波本地振荡器2、单驱动马赫曾德尔调制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可调时延线7、偏振集束器8；具体连接方式为：

连续波激光器1的光输出端接单驱动马赫曾德尔调制器3的光输入端，正弦波本地振荡器2的电输出端接单驱动马赫曾德调制器3的电驱动端口31，单驱动马赫曾德调制器3的光输出端接光功率分配器4的光输入端，光功率分配器4的第一输出端41和第二输出端42分别接偏振控制器5和偏振控制器6的光输入端，偏振控制器5的光输出端接偏振集束器8的第一输入端81，偏振控制器6的光输出端接可调时延7的光输入端，可调时延线7的光输出端接偏振集束器8的光输入端，偏振集束器8的光输出端输出三角形光脉冲。

调节偏置电压源的输出电压vbias＝2.06v；将单驱动马赫曾德调制器的偏置于正交传输点；

调节调制系数其中vrf为驱动信号的幅度，vπ为单驱动马赫曾德调制器的半波转换电压，且vπ＝4v。

调节可调延时线，使延时τ＝25ps。

正弦波本地振荡器的输出正弦信号频率为frf＝30ghz；

本实施例调制器的消光比εr取值为20db，vbias取值为2.06v，frf＝30ghz，β＝1.5，vπ＝4v，τ＝25ps。经过上述调节后，偏振集束器输出为三角形光脉冲，重复频率为f＝frf＝30ghz，对应时域曲线图4所示。

实施例四

一种调制指数不固定的光学三角形脉冲发生器，如图1所示，其特征在于：该三角形脉冲发生器包括，连续波激光器1、正弦波本地振荡器2、单驱动马赫曾德尔调制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可调时延线7、偏振集束器8；具体连接方式为：

连续波激光器1的光输出端接单驱动马赫曾德尔调制器3的光输入端，正弦波本地振荡器2的电输出端接单驱动马赫曾德调制器3的电驱动端口31，单驱动马赫曾德调制器3的光输出端接光功率分配器4的光输入端，光功率分配器4的第一输出端41和第二输出端42分别接偏振控制器5和偏振控制器6的光输入端，偏振控制器5的光输出端接偏振集束器8的第一输入端81，偏振控制器6的光输出端接可调时延7的光输入端，可调时延线7的光输出端接偏振集束器8的光输入端，偏振集束器8的光输出端输出三角形光脉冲。

调节偏置电压源的输出电压vbias＝2v；将单驱动马赫曾德调制器的偏置于正交传输点；

调节调制系数其中vrf为驱动信号的幅度，vπ为单驱动马赫曾德调制器的半波转换电压，且vπ＝4v。

调节可调延时线，使延时τ＝6.1ps。

正弦波本地振荡器的输出正弦信号频率为frf＝40ghz；

本实施例调制器的消光比εr取值为20db，vbias取值为2v，frf＝40ghz，β＝1.57，vπ＝4v，τ＝6.1ps。经过上述调节后，偏振集束器输出为三角形光脉冲，重复频率为f＝frf＝40ghz，对应时域曲线图5所示。