[发明专利]基于声光移频器的光锁相环实现系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地，涉及一种基于声光移频器的光锁相环实现系统及实现方法。

背景技术

随着信息社会对于光纤网络带宽需求的不断增加，基于强度调制／直接检测的传统光通信技术由于其技术限制逐渐遇到瓶颈，而基于高阶调制格式的数字光通信技术利用了光载波的相位、频率信息进行数据传输，能够获得更高的频谱带宽利用率。诸如Quadrature Amplitude Modularion(QAM)正交幅度调制、Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)正交相位调制等高阶调制格式，能够极大地提升符号速率，增加现有光纤的传输容量。由于直接检测的探测方式无法对载波的相位、频率信息进行解调，因此采用数字信号处理的方式恢复数据信号。而随着调制格式越来越复杂，其解调所需的数字信号处理系统的成本和功耗也不断增加，此外，数字信号处理的精度也难以满足高阶调制解调的需求。

光锁相环技术能够实现光信号载波和本地振荡激光之间的载波相位同步，因此能够从载波中完全恢复传输的数据信号，并且相对于数字信号处理的解调方式成本、功耗较低，能够满足高阶调制格式解调的需求。为了实现能够满足高阶调制格式解调的低相位噪声光锁相环，窄线宽的本振激光器和高带宽的伺服反馈环路是其关键。经过对现有技术文献的检索发现，现有的低相噪宽带光锁相环的实现方式主要都是基于窄线宽激光器的零差、外差锁相。C.H.Shin等人发表在学术杂志《IEEE Photonics Technology Letters》(《IEEE光子技术快报》)中的学术论文“Heterodyne optical phase-locked loop by confocal Fabry-Perot cavity coupled AlGaAs lasers”(基于共焦FP腔耦合的AlGaAs激光器的外差光锁相环)中，利用线宽为30KHz的半导体激光器实现了外差光锁相环，由于其本振激光器的线宽较窄，因此能够实现较好的光锁相效果。S.Norimatsu等人发表在学术杂志《IEEE Photonics Technology Letters》(《IEEE光子技术快报》)中的学术论文“An8Gb／s QPSK optical homodyne detection experiment using external-cavity laser diodes”(基于外腔半导体激光器的8Gbps QPSK光外差检测)中，利用线宽为60KHz的多电极的分布反馈式外腔半导体激光器实现了光锁相环，其所使用的分布反馈式外腔半导体激光器具有多个电极，能够进行较快速的电流驱动调制，其锁定的本振激光能够用于检测和解调8Gbps的QPSK信号。

然而，在上述光锁相环的结构中，本振激光器的相位、频率主要通过激光器驱动电流和激光器的腔长进行调节，因此其环路带宽受到本振激光器频率调制响应带宽和控制激光器腔长的压电陶瓷的带宽的限制，无法进行快速的环路控制，因此难以实现能满足高阶调制格式解调所需低相位噪声本振激光器的宽带光锁相环。为了解决这个问题，S.Camatel等人发表在学术杂志《Electronics Letters》(《电子快报》)中的学术论文“Optical phase-locked loop for coherent detection optical receiver”(相干光接收机中的光锁相环)中，提出将载波和本振激光器的调制边带进行光锁相，由于本振激光信号的边带信号通过外调制器产生，调制器的调制带宽可至GHz量级，因此能够实现较快的相位频率锁定，获得相位噪声更低的本振激光。然而，调制过程会引入的谐波分量会降低信噪比以及无杂散动态范围，从而影响接收机的灵敏度和动态范围，使得系统的功率代价增加，限制了其在高速高阶调制系统中的性能。同时，由于外调制的频率只能和载波上的调制信号的基带频率相同，因此极大地限制了其在微波光子学等相关领域的应用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于声光移频器的光锁相环实现系统及实现方法，利用声光移频器的频率相位积分特性和激光器的直接电流调制，能够实现低相位噪声、宽带宽的光锁相环路，将亚MHz级别本振激光器和光载波信号进行光锁相同步，其产生的本振激光相位、频率稳定，实现方式简单，可满足相干光通信、光学相干测量和光纤传感等领域的应用需求。

本发明是通过以下技术方案实现的。