[发明专利]一种基于信号调制的光学频率梳产生方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于信号调制的光学频率梳产生装置及方法，本发明装置包括可调连续激光器、第一调制器、信号发生器、第二调制器、任意波形发生器、光谱分析仪，可调连续激光器、第一尔调制器、第二调制器、光谱分析仪依次相联，信号发生器与第一调制器相联，任意波形发生器与第二调制器相联。本发明装置结构简单、易实现，光频梳带宽可调，平坦度高,实现了较低射频信号频率实现了大带宽的光频梳，且光频梳的间隔与调制信号频率，调制器带宽均无关，可以灵活调整。

技术领域

本发明属于光通信信号处理技术领域，具体涉及一种基于信号调制的光学频率梳产生方法及装置。

背景技术

光学频率梳(Optical Frequency Comb，OFC，简称为光频梳，也称为频率梳)，是指在频谱上由一系列频率分量间隔均匀且具有相干稳定相位关系的频率分量组成的光信号。

原理上，光频梳在频域上表现为具有相同频率间隔的频谱序列，在时域上则表现为超短脉冲序列，其在频域上的频率间隔与其在时域上的脉冲宽度严格遵守傅里叶变换关系。光频梳是一个光学频率的综合发生器，从而具有众多的频率分量，因此可以像具有精确刻度的尺子一样作为光学频率的测量工具。光频梳为光学频率精密测量、原子离子跃迁能级测量、远程信号时钟同步和卫星导航等领域提供了理想的研究工具。近年来随着光通信技术的飞速发展，光频梳也越来越广泛地被应用于密集波分复用、多波长超短脉冲产生、光学任意波形产生等领域。

利用电光调制器产生光频梳的方法是目前最为主流的光频梳产生方法，该方法结构简单、易于实现、梳齿间隔可调节、稳定性较好。

由于光学频率梳的重要应用，相关的研究逐渐成为热点。基于锁模超短脉冲激光技术所产生的光频梳被称为“飞秒光频梳”。锁模脉冲激光指的是对激光纵模之间的相位进行锁定所产生的周期性变化的脉冲，激光的纵模间隔等价于光频梳的梳齿间隔。可以通过对锁模超短脉冲激光的重复频率和载波包络偏移频率进行锁定来产生光频梳。循环频移结构可以分为基于IQ调制器的单边带循环结构和基于受激布里渊效应的循环频移结构两大类。基于IQ调制器的单边带循环方案具有载波数目多、平坦性好和梳齿间隔可调谐等优点。而基于受激布里渊效应的光频梳的产生方案具有结构简单、灵活性好等优点，并且避免了因调制器固有缺陷所带来影响，是一种比较有潜力的光频梳的产生方案。Qu K,Zhao S,Xuan L,et al.Ultra-Flat and Broadband Optical Frequency Comb Generator via aSingle Mach–Zehnder Modulator[J].IEEE Photonics Technology Letters,2017,29(2):255-258中，Kun Qu提出了一种仅使用一个MZM和单个RF信号，具有低功率变化的超扁平宽带OFC发生器。其所提出的方案可以通过简单地调整MZM的偏置电压和RF信号的功率来生成两种OFC，一种形式是20行的OFC，其频率间隔等于RF信号的频率，另一种形式是16行的OFC，其频率间隔是RF信号的频率的两倍。产生的OFC具有低功率变化和宽带宽。Yan X,ZouX,Wei P,et al.Fully digital programmable optical frequency comb generationand application[J].Optics Letters,2018,43(2):283中,XiangLei Yan提出了一种基于二进制相位采样调制的全数字可编程光频梳(OFC)产生方案，其中使用优化的比特序列对窄线宽光波进行相位调制。对位序列进行编程能够调整梳状间距和梳状线数量(即梳状线的数量)。可编程光学频率梳还具有超平坦光谱包络、均匀时间包络和稳定无偏置设置的特点。对目标OFC进行数字编程，使其具有19、39、61、81、101或201梳齿线，并具有100、50、20、10、5或1MHz梳齿间距。

然而上述现有技术的方案中，或存在结构复杂难以实现的问题，或存在光频梳的间隔不可调的问题，或存在光频梳的带宽受限的问题。因此，亟需研发一种简单易实现的方案以实现光频梳的频梳间隔可调、带宽可调、平坦度高，以及减少对调制器带宽和射频信号频率的依赖。

发明内容