一种基于四倍射频调制的光学三角形脉冲发生器的制造方法
【专利摘要】一种基于四倍射频调制的光学三角形脉冲发生器，涉及光电子器件、微波光子学、全光数据处理领域，连续波激光器(1)首先接偏振控制器(2)，随后偏振控制器(2)接双平行马赫曾德尔调制器(3)，正弦波本地振荡器(4)接90度电桥(5)，90度电桥(5)接双平行马赫曾德调制器(3)的驱动端口使其工作于推挽模式，偏置电压源(6)接双平行马赫曾德调制器(3)，为其提供偏置电压，双平行马赫曾德调制器(3)随后接掺铒光纤放大器(7)和带通滤波器(8)，对信号进行放大和滤波，带通滤波器(8)的接环形器(9)，环形器(9)的另一输入端口接啁啾布拉格光纤光栅(10)，从环形器的输出端口可接收输出的三角形光脉冲。
【专利说明】一种基于四倍射频调制的光学三角形脉冲发生器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电子器件、微波光子学、全光数据处理领域，具体地讲是一种基于四 倍射频调制的光学三角形脉冲发生器。
【背景技术】
[0002] 全光信号处理技术是全光通信网络的重要组成部分，是目前国内外研宄的重点。 全光信号处理中，周期性三角形光脉冲串是一种周期性且在时域范围内具有线性上升沿与 下降沿的特殊光脉冲串，其生成及其他关键技术被广泛研宄。光学三角形脉冲可用于全光 数据处理。例如，利用三角形光脉冲的时域特性，结合光学非线性效应，三角形光脉冲可实 现高效全光波长转换。光学三角形脉冲结合交叉相位调制（XPM)，可将时分多路复用（TDM) 全光转换成波分复用（WDM)信号。此外，可以通过将三角泵脉冲产生的交叉相位调制和色 散介质中的传播相结合来实现光信号时域和频域拷贝、脉冲压缩。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。
[0003] 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宄成果。以锁 模激光器作为光源的全光脉冲整形是目前获得对称三角形光脉冲所采用的最常用方法。 例如，2011年，西南交通大学的J. Ye等人在他们最近的研宄成果中提到一种利用保偏 光纤、偏振控制器和起偏器作为频谱整形单元，并结合FTTM，可以获得三角形光脉冲（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等人研宄利用三组光栅阵列作为频谱整形单元，结合FTTM可实现任意波形的产 生，包括对称三角形光脉冲（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，也可将连续波激光器作为光源获得对称三角形 光脉冲。例如，B. Dai等人利用对连续光进行射频调制产生类似脉冲激光的梳状谱，对所 产生的梳状谱各个谱线的幅度及相位进行调整，产生包括对称三角形、锯齿形、平顶形和 正弦形等多种时域形状的脉冲（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等人还提出了以谐波拟合的方式，利用连续波射频调制和光 纤色散所致的射频功率衰落效应，获得周期性起伏对称三角形光脉冲串的方法（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，上述以锁模激光器作为光源的频谱整形方法，方案需 要稳定的锁模脉冲激光器，价格非常昂贵；上述以连续波激光器作为光源的三角形光脉冲 发生器，光纤长度范围固定，系统不够灵活，且重复率不够高。为此，设计一种结构简单，价 格便宜，可以省去长距离传输所耗光纤，生成具有更高的重复率或更小的脉冲持续时间的 光学三角脉冲的发生器是非常必要的。
【发明内容】
[0004] 本发明是提供成本低的一种基于四倍射频调制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，利用双平行马赫曾德调制器分别工作于 最大传输点、最大传输点、最小传输点时，输出光信号类似于脉冲形式，随后利用啁啾布拉 格光纤光栅中的色散所致强度衰减效应，对光脉冲进行整形，调节装置的参数，获得了具有 高重复频率的三角形光脉冲。由于使用四倍射频调制，由于目前调制器的工作频率可达到 40GHz，本装置能够产生重复频率160GHz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；采用光栅，省去长距离的光纤传输；并且考虑到偏置点漂 移，使得本装置具有很高的商用价值。
[0005] 本发明的技术方案：一种基于四倍射频调制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、偏振控制器、双平行马赫曾德尔调制器、正弦 波本地振荡器、90°电桥、偏置电压源、掺铒光纤放大器、带通滤波器、环形器、啁啾布拉格 光纤光栅；具体连接方式为：
[0006] 连续波激光器的光输出端接偏振控制器的输入端，偏振控制器的输出端接双平行 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90度电桥的电输入端， 90度电桥的90度电输出端口和0度电输出端口分别接双平行马赫曾德调制器的第一电驱 动端口和第二电驱动端口，偏置电压源的电输出端接双平行马赫曾德调制器的电压偏置端 口，双平行马赫曾德调制器的光输出端接掺铒光纤放大器的光输入端，掺铒光纤放大器的 光输出端接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端接环形器的输入端，环形器的第一 输出端接啁啾布拉格光纤光栅的输入端，环形器的第二输出端输出三角形光脉冲。
[0007] 调节偏置电压源的输出电压Vbias，使Vbias= V π，其中Vn为双平行马赫曾德调制器 的半波转换电压，且4V。将双平行马赫曾德调制器的两个子MZ和一个母MZ分 别偏置于最大传输点、最大传输点、最小传输点；
[0008] 设定调制系数=JT νκρ/2νπ = 4. 438,调节正弦波本地振荡器输出的正弦信号幅值 Vef= 2. 825V π；
[0009] 调节啁啾布拉格光纤光栅的总色散量DL，满足DL = l.lc/64f|FAg，其 中C为真空中光的传播速度，fKF为正弦波本地振荡器的输出正弦信号，其频率为 IGHz ^ fEF^ 40GHz ；
[0010] 双平行马赫曾德尔调制器的偏置电压源偏移量AVbias，其范围为-0.5% ^ AVbias^ 1% ；
[0011] 经过上述设置，环形器输出为三角形光脉冲，重复频率为f = 4fKF。
[0012] 本发明的具体工作原理如下：
[0013] 由连续波激光器输出的光电场表达式为：
[0014] Ein(t) = E〇exp(j ω〇) (I)
[0015] 其中Etl为光信号幅度，ω ^为中心角频率，然后光信号经过偏振器输入到双平行马 赫曾德尔调制器，当DP-MZM的消光比为?时，DP-MZM输出端的光场分布为
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于四倍射频调制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（1)、偏振控制器（2)、双平行马赫曾德尔调制器（3)、正弦波本地 振荡器（4)、90°电桥（5)、偏置电压源￠)、掺铒光纤放大器（7)、带通滤波器（8)、环形器 (9)、啁啾布拉格光纤光栅（10);具体连接方式为： 连续波激光器（1)的光输出端接偏振控制器（2)的输入端，偏振控制器（2)的输出端 接双平行马赫曾德尔调制器（3)的光输入端，正弦波本地振荡器（4)的电输出端接90度电 桥（5)的电输入端，90度电桥（5)的90度电输出端口（51)和0度电输出端口（52)分别接 双平行马赫曾德调制器（3)的第一电驱动端口（31)和第二电驱动端口（32)，偏置电压源 (6)的输出端接双平行马赫曾德调制器（3)的电压偏置端口（33)，双平行马赫曾德调制器 (3)的光输出端接掺铒光纤放大器（7)的光输入端，掺铒光纤放大器（7)的光输出端接带 通滤波器（8)的输入端，带通滤波器（8)的输出端接环形器（9)的输入端（91)，环形器（9) 的第一输出端（92)接啁啾布拉格光纤光栅（10)的输入端，环形器的第二输出端（93)输出 三角形光脉冲。
2. 根据权利要求1所述的一种基于四倍射频调制的光学三角形脉冲发生器，其特征在 于： 调节偏置电压源（6)的输出电压Vbias，使Vbias= V π，其中Vn为双平行马赫曾德调制器 ⑶的半波转换电压，且2V彡νπ<4ν;将双平行马赫曾德调制器（3)的两个子MZ和一个 母MZ分别偏置于最大传输点、最大传输点、最小传输点； 设定调制系数m= πνκρ/2νπ= 4. 438,调节正弦波本地振荡器（4)输出的正弦信号幅 值 Vkf= 2. 825V π; 调节啁啾布拉格光纤光栅（9)的总色散量DL，满足
其中 c为真空中光的传播速度，fKF为正弦波本地振荡器⑷的输出正弦信号，其频率为 IGHz ^ fEF^ 40GHz ； 双平行马赫曾德尔调制器⑶的偏置电压源偏移量AVbias，其范围为-0.5 % ^ AVbias^ 1% ； 经过上述设置，环形器（9)输出为三角形光脉冲，重复频率为f = 4fKF。
【文档编号】H04B10/508GK204190774SQ201420654078
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】袁瑾, 李晶, 宁提纲, 张婵, 陈宏尧, 李月琴 申请人:北京交通大学