[发明专利]基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源

说明书

技术领域

本发明属于大容量微波光子通信或是波分复用光纤通信领域，特别是基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源。

背景技术

国内外产生用于微波光子通信的多波长光源的方法主要是有：利用光学非线性效应来产生超连续光源，但需要瓦级强泵浦光泵浦非线性介质，不同波长光波之间的相干性较差，拍频毫米波频率稳定性不好。对超短脉冲泵浦产生的超连续光源进行光谱分割，但它是脉冲方式工作，输出功率低。对于利用非线性光纤的超连续谱光源，要求泵浦光脉冲功率很高，泵浦脉冲光的幅度抖动以及啁啾都会引起超连续谱的幅度抖动。ASE具体是什么的缩写，什么含义以及相应调制不稳定、四波混频等非线性效应也会降低SC具体是什么的缩写，什么含义的相干性，从而降低拍频毫米波的频率稳定性，而且它对外部环境非常敏感。多激光器阵列方法的缺点同样是拍频毫米波频率稳定性不好。利用两个相位锁定激光器的输出激光，但结构复杂，稳定困难，成本高，只能获得单个微波光子通信用毫米波。用单频激光的幅值调制和相位调制产生的边带光作为多波长光源，拍频毫米波的频率稳定，但主要用来获得单个微波光子通信用毫米波，且光功率利用率低。现在用于波分复用光通信的光源主要是单波长光源，采用腔内滤波等方法产生的多波长激光的单个波长激光的功率性不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服以上所述缺陷，提供一种基于光纤环形腔内光相位调制和光放大方法产生的可用于大容量微波光子通信领域或是密集波分复用光纤通信领域的多波长窄线宽相干激光光源，用于微波光子通信中心站，该光源可以产生数百个频率稳定的光毫米波，避免使用多个光源；用于波分复用光网络节点，该光源可以替代数百个窄线宽激光器，大幅降低微波光子通信中心站或是波分复用光网络节点成本。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种基于光纤环形腔内光相位调制和光放大的相干多波长光源，其中激光光源发出的激光束通过光耦合模块进入光纤环形腔，在所述光纤环形腔内包括光相位调制模块和光放大模块。

上述光放大模块为有源光纤光放大器，包括有源光纤、有源光纤泵浦激光器和波分复用器，其中波分复用器的一个输入端与所述光相位调制模块的输出端相连接，另一个输入端与所述有源光纤泵浦激光器的输出相连接，所述波分复用器的一个输出端与所述有源光纤的一端连接，所述有源光纤的另一端与所述光耦合模块的一个输入端相连接构成所述光纤环形腔。所述光放大模块也可以为半导体光放大器。

在上述光纤环形腔中加入腔长与偏振控制器，所述光纤环形腔的输出端与滤波模块相连接，在所述激光光源与所述光耦合模块之间加入光隔离器，所述光相位调制模块带有射频驱动信号源。

将稳定单频窄线宽信号激光输入到内置相位调制器和光放大器的光纤环形腔内，腔长控制器实现信号光通过相位调制器时的相位相同，在腔内多次循环通过相位调制器的信号光的相位调制深度不断增大，高阶边带的幅值也就随相位调制深度不断增大而增大，产生多波长激光，同时腔内光放大器补偿调制产生的多边带激光在腔内循环损耗，得到多波长窄线宽相干激光光源。

输入激光可表示为：E₀，ω₀和是输入信号光的幅值，角频率和随机相位，加在相位调制器上射频调制电压为：V_m(t)＝V₀cosω_et，产生的相位调制量为：进入谐振腔内的窄线宽单频激光在腔内往返反射多次通过相位调制器，调整腔长实现相邻两次相位调制同相叠加，在腔内n次往返反射后的光波的相位调制量就是nβ，同时腔内光放大作用实现往返反射功率净损耗接近于零实现多次腔内往返反射，腔内相干叠加输出的基波，偶次边带，奇次边带波长激光的幅值：

基波：

偶次边带：

奇次边带：

其中，m是正整数，a是与腔相关的常系数，R内置相位调制的有源光纤法布里-珀罗谐振腔的有效环程反射系数。根据Bessel函数，高相位调制指数使高阶与低阶边带幅值相当。例如，当相位调制指数为305弧度的相位调制波的第300阶边带的幅值达到10.0％，0和1阶的幅值为4.3％。调节泵浦光功率可以使输入光波在腔内往返足够多次数，实现300阶边带的幅值达到mW级。这样经交叉分插复用器和带通滤波器就可以获得600个波长的窄线宽激光，可以满足波分复用光网络节点对多波长激光源的要求，提供数百个窄线宽激光光源；且邻近各波长激光之间拍频频率接近单频，可以满足微波光子无线电通信中中心站的对相干激光光源的要求，提供数百个毫米波激光光源。