[发明专利]基于多频激光调制与非线性频谱扩展的光频梳产生方法

说明书

本发明公开了一种基于多频激光调制与非线性频谱扩展的光频梳产生方法，通过多频激光调制产生频率边带获得初始光频梳；利用高非线性介质中的自相位调制展宽光谱并实现宽带光频梳输出。本发明提供了一种全新的光频梳产生方法，能够通过结合多频激光振荡、调制产生频率边带和非线性频谱拓展实现频率数量倍增、光谱平坦优化控制和频率梳带宽拓展，结构简单易于实现，有望为密集波分复用系统性能升级提供全新技术参考。

技术领域

本发明属于激光光学、非线性光学、光通信与微波光子学的交叉学科领域，具体是指一种通过多频激光调制产生频率边带、利用高非线性介质中的自相位调制扩展频谱、最终实现宽带光频梳输出的方法，尤其涉及一种基于多频激光调制与非线性频谱扩展的光频梳产生方法、系统及存储介质。

背景技术

光电信息系统是指通过光电器件实现各种信息功能的复杂系统，目前应用最为广泛的光电信息系统是光纤通信系统。光纤通信具有传输距离远、信息容量大、系统性能稳定、抗电磁干扰等诸多优势，是固定通信网络最普遍采用的信息传输方案；随着波分复用、偏分复用、时分复用、模分复用等技术的不断发展，光纤通信速率更是有了指数级的飞跃，推动着现代通信网络的扩容升级进程。光纤通信系统中最成熟的复用技术是波分复用技术，通过多波长光学载波携带不同信息并纤传输实现通信速率的成倍提升。波分复用系统性能高度取决于多波长光源性能，具体地，多波长光源需要产生与国际电信联盟(ITU)频率间隔标准相一致的频率等间隔激光输出，兼具高信噪比和光谱平坦宽带输出特性。传统分立激光器光谱合成实现的多波长光源面临成本高、通道数有限、稳定性差等瓶颈问题；利用多波长窄线宽带通滤波器对宽谱激光进行频域整形又面临巨大的能量浪费。因此，现阶段多波长光源的研究重心开始向光频梳转移，即通过各种光学非线性效应实现频率等间隔、类梳齿光谱分布的多波长激光同时输出。

光频梳有多种产生方式，其中最常见的一种利用了高品质因数微腔受激四波混频效应；此外，超快激光锁模、高速光学调制、自相位调制等方法也能实现光频梳输出。

发明内容

基于现有技术的问题，本发明要解决的技术问题是如何通过共增益介质多频激光器产生多频激光输出；利用高速调制器调制多频激光产生频率等间隔边带获得初始光频梳；利用高非线性介质中的自相位调制展宽光谱，最终实现宽带光频梳输出。

为了达到上述效果，本发明提供的基于多频激光调制与非线性频谱扩展的光频梳产生方法，通过共增益介质多频激光器产生多频激光输出，利用高速调制器调制多频激光、产生频率等间隔边带、获得初始光频梳，利用高非线性介质中的自相位调制扩展频谱实现宽带光频梳输出，所述共增益介质多频激光器由泵浦源、增益介质和多频谐振腔组成，利用所述高速调制器对多频激光的幅度或相位进行调制、在输入频率分量附近等间隔产生一系列频率边带、频率间隔与调制重复频率一致，输出频率数量超过输入频率数量并在频域初步形成梳状分布，将所述初始光频梳导入高非线性介质中、通过自相位调制进一步产生新的频率分量、实现频谱扩展的输出光频梳，能量将通过自相位调制等非线性效应在各频率分量之间转移。

优选的，上述多频激光由共增益介质多频激光器输出，该激光器由泵浦光源、波分复用器(WDM)、掺铒光纤(EDF)、高反射光纤光栅(HR-FBG)、低反射光光纤光栅(LR-FBG)组成，三组波长不同的光纤光栅构成三套谐振腔、共用976nm泵浦光激励的EDF增益介质后、产生波长分别为1549.6nm、1550nm、1550.4nm的三通道激光输出，亦即频率间隔为50GHz的三频激光输出。

优选的，利用10GHz正弦波同时调制三频激光相位，产生以激光中心频率为轴、频率间隔为10GHz、对称分布、强度大小满足贝塞尔函数的频率边带，当调相系数为1时，频域相邻的两激光及其中间频率边带的归一化强度近似为0.77、0.44、0.13、0.13、0.44、0.77，通过改变调相系数，可实现各频率分量近似相同的初始频率梳输出。

优选的，将初始频率梳耦合进入高非线性波导，在自相位调制等三阶非线性效应和波导色散的共同作用下产生频谱展宽，获得宽带输出光频梳。