[发明专利]一种宽带光学频率梳的产生装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种利用激光的外部调制技术产生频带宽广、间隔可变、功率平坦和抑制比高的光学频率梳生成装置及其方法。

背景技术

光学频率梳（Optical Frequency Comb,OFC）是指在频谱上由一系列间隔均匀且相位相干的频率分量组成的光谱，主要性能指标有光梳线数、谱线间隔和平坦度等。随着通信需求的不断增长和通信技术的飞速发展，光波分复用（WDM）和光正交频分复用（OFDM）技术逐渐成为研究热点，而限制这些系统发展的瓶颈之一是需要大量波长不同、功率平坦的光载波。光学频率梳的使用可以解决这一问题，大大降低系统成本，对光通信技术的应用和发展具有非常重要的意义。

另外，光学频率梳在光学任意波形产生和多波长超短脉冲产生等方面也具有广泛的应用。其中在任意波形产生方面，光学频率梳的谱线个数、谱线间隔、平坦度以及抑制比是关键的几个参数。针对这些光通信领域的应用，我们需要产生频带宽广、间隔可变、功率平坦和抑制比高的光学频率梳，同时系统结构应该尽量简单。

据相关文献报道，宽带光学频率梳的产生方法主要有：光学非线性效应、光反馈环、微谐振腔以及电光调制器法等。其中，非线性效应法主要采用光学四波混频技术，产生的光学频率梳线数很多但功率波动较大，其应用有局限性；利用光反馈环扩展频谱的系统，一般较为复杂不易控制；而设计微谐振腔的工作周期长且成本较高。基于电光调制器产生宽带光学频率梳的方法，系统结构简单、谱线间隔可变且平坦度较好，是一种很有前景的光学频率梳产生技术。但目前电光调制器法产生的光梳线数还相对有限，需要继续加以研究并提出产生宽频带的方法。

发明内容

鉴于现有技术的不足，同时为了满足光通信的实际应用，需要产生一种性能较好的宽带光学频率梳。本发明采用双平行马赫曾德尔调制器（DPMZM）和马赫曾德尔强度调制器（IM）级联的方案，通过调节级联调制器的射频幅值和直流偏置电压，产生了50线宽带光学频率梳，且功率超平坦。该方案产生的光梳线数较多且谱线间隔可调，对其在光通信领域的应用和发展具有重要意义。

具体的说，本发明通过级联DPMZM和两个IM，通过设置不同射频幅值和直流偏置电压，实现DPMZM输出功率相等的±2阶光边带，而两个IM工作状态相同，分别能够产生5线平坦光梳，即IM产生的0阶、±1阶和±2阶光边带功率相等。该方案中后一级调制器将前一级调制器产生的光边带分别当作光源进行调制，从而不断增加光梳线数，最终产生50线平坦光学频率梳，实现了频谱的扩展。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种宽带光学频率梳的产生方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，所述激光器发出波长为λ，角频率为ω_c，幅值为E_in的光波输入到双平行马赫曾德尔调制器中；其中，注入光波的偏振方向经所述偏振控制器调整，使之与双平行马赫曾德尔调制器的偏振方向一致；

步骤二，以频率为f₁，角频率为ω₁，幅值为V_RF1的射频信号驱动双平行马赫曾德尔调制器的上臂子调制器MZ-a，其工作的直流偏置电压为V_DC1=0，即工作在最大点，所产生的载波和±2阶边带分别为：

E₀(t)=E_inexp(jω_ct)J₀(m₁)，

E_±2(t)=E_inexp[j(ω_ct±2ω₁t)]J₂(m₁)；

步骤三，双平行马赫曾德尔调制器的下臂子调制器MZ-b不调制射频信号，只设置其直流电压V_DC2；并设置主调制器MZ-c直流电压为V_DC3=V_π，则上下臂子调制器输出信号产生180°相移；其中，子调制器MZ-b输出的光载波信号为：