基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置制造方法
【專利摘要】一種基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，本發(fā)明包括以下各部件：窄線寬激光器，及第一波分復用器、偏振控制器、法布里-珀羅電光調(diào)制器、溫控裝置、光耦合器、環(huán)形器、相移光纖布拉格光柵、光放大器、光電探測器、電放大器、電移相器、偏置T、直流偏置、光帶通濾波器、光譜分析儀、量子點鎖模激光器、第二波分復用器、多個電光調(diào)制器和光耦合器。本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)電子學方法在帶寬的劣勢，作為光纖通信的光源，可以大大提高光纖通信系統(tǒng)的頻譜利用率。
【專利說明】 基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信系統(tǒng)領域，更具體的說是一種提升光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量的技術，一種基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置。

【背景技術】
[0002]隨著云計算、交互式的視頻服務和個人無線通信的快速發(fā)展和蓬勃興起，光網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率以每年接近29%的速率增長。雖然波分復用和時分復用結合可以大大提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量，但是仍難以滿足快速增長的傳輸容量。面臨快速增長的傳輸容量，需要擴展光傳輸系統(tǒng)和提高帶寬利用率。目前，主要的技術手段著眼于降低單位信號的譜帶寬即提高系統(tǒng)的譜效率和采取復雜高階調(diào)制技術。在提高譜效率方面主要有正交頻分復用和奈奎斯特脈沖整形技術，前者關注于頻域信號處理后者關注于時域信號處理。在復雜高階調(diào)制方面，主要采用先進的高級調(diào)制格式，達到提高系統(tǒng)傳輸?shù)谋忍芈?。但是，采用高級的調(diào)制格式不可避免的提高系統(tǒng)的復雜性，需要復雜的同步系統(tǒng)和多電平發(fā)生器和放大器以及復雜的電信號處理系統(tǒng)以至于帶來大量的功率損耗。奈奎斯特脈沖的頻譜形狀是方形的并且滾降因子為0，這樣可以大大提高光纖通信系統(tǒng)的頻譜利用率，并且承載波特信號的奈奎斯特脈沖可以在時域上重疊，無碼間干擾的解調(diào)。相對于正交頻分復用，奈奎斯特脈沖整形大大簡化了接受器復雜度、對光纖的非線性不敏感、要求更低的接受帶寬以及更低的峰值和平均功率比。
[0003]因此，基于全光方法產(chǎn)生高穩(wěn)定度完美的奈奎斯特脈沖，在提高系統(tǒng)頻譜利用率增大光纖通信系統(tǒng)傳輸容量方面具有重要的戰(zhàn)略意義以及迫切的應用需求。產(chǎn)生的奈奎斯特脈沖應具有可調(diào)諧的占空比以及超低時間抖動性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，以克服傳統(tǒng)電子學方法在帶寬的劣勢，作為光纖通信的光源，可以大大提高光纖通信系統(tǒng)的頻譜利用率。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供一種基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，包括:
[0006]—窄線寬激光器，其輸出端口與波分復用器的輸入端口相連；
[0007]—第一波分復用器，其輸入端與量子點鎖模激光器的輸出端連接，該第一波分復用器有多個輸出端；
[0008]—偏振控制器，其輸入端與第一波分復用器的一輸出端連接；
[0009]一法布里-珀羅電光調(diào)制器，其端口 I與偏振控制器的輸出端連接；
[0010]一溫控裝置，其控制端與法布里-珀羅電光調(diào)制器的端口 2連接；
[0011]一光耦合器，其端口 I與法布里-珀羅電光調(diào)制器的端口 3連接；
[0012]一環(huán)形器，其端口 I與光耦合器的端口 2連接；
[0013]—相移光纖布拉格光柵,其輸入端與環(huán)形器的端口 2連接；
[0014]一光放大器，其輸入端與環(huán)形器的端口 3連接；
[0015]—光電探測器，其輸入端與光放大器的輸出端連接；
[0016]—電放大器,其輸入端與光電探測器的輸出端連接；
[0017]—電移相器，其輸入端與電放大器的輸出端連接；
[0018]—偏置T,其端口 I與電移相器的輸出端連接；
[0019]一直流偏置，其輸出端與偏置T的端口 3連接；
[0020]一光帶通濾波器，其輸入端與光耦合器的端口 3連接；
[0021]一光譜分析儀，其輸入端與光帶通濾波器的輸出端連接；
[0022]一量子點鎖模激光器，其輸出端與波分復用器的輸入端連接，用于將量子點鎖模激光器輸出的多波長光源通過匹配的第一波分復用器分為多路，每一路通過電光調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生平坦的光學頻率梳，將寬帶頻率梳分為多個信道，每一個信道都有一個電光調(diào)制器其中將窄線寬激光器用量子點鎖模激光器代替；
[0023]—第二波分復用器，其輸入端與量子點鎖模激光器的輸出端連接；
[0024]多個電光調(diào)制器，每個電光調(diào)制器的輸入端分別與第二波分復用器的多個輸出端連接；
[0025]—光稱合器，其輸入端分別與多個電光調(diào)制器的各輸出端連接。
[0026]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]1、本發(fā)明提供的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，由于采用全光信號處理的方案所以克服了傳統(tǒng)電子學方法在帶寬方面的劣勢，產(chǎn)生的奈奎斯特光脈沖信號的時間穩(wěn)定性更好。
[0028]2、本發(fā)明提供的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，由于利用光帶通濾波器可以有效控制光譜寬度以及通過調(diào)諧光載波的頻率可以改變光頻率梳的頻率間隔，產(chǎn)生的奈奎斯特脈沖信號的脈寬可調(diào)諧并且重復頻率可調(diào)諧，可以實現(xiàn)與全光網(wǎng)絡以及光載射頻網(wǎng)絡兼容。
[0029]3、由于采用頻率可調(diào)諧的光電振蕩系統(tǒng)，故其產(chǎn)生的奈奎斯特脈沖信號的時間抖動更小，相位噪聲低，故該奈奎斯特脈沖源可以作為光模數(shù)轉換系統(tǒng)中的采樣源；該方案的相關器件都為市場可以購買的器件，故該方案可以實現(xiàn)實用化，結構穩(wěn)定，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明，其中:
[0031]圖1是本發(fā)明提供的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置的結構示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明提供的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置產(chǎn)生實驗結果的類似圖。

【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明提供的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，利用光帶通濾波器可以有效的控制產(chǎn)生的光頻率梳的光譜寬度，本專利首次提出了利用光電振蕩器系統(tǒng)產(chǎn)生重復頻率可調(diào)諧的光頻率梳。利用相移光纖布拉格光柵的窄帶特性，實現(xiàn)了可調(diào)諧的單通帶微波光子濾波器，由于相移光纖布拉格光柵的帶寬一般在20MHz左右，可以有效的實現(xiàn)相位向強度轉換。由于光電振蕩器產(chǎn)生的微波信號的頻譜純度更高并且相位噪聲特性相對更好，故產(chǎn)生的奈奎斯特脈沖的時間穩(wěn)定性更好，脈沖的時間抖動可以有效的提高。通過調(diào)諧光帶通濾波器的帶寬可以改變產(chǎn)生奈奎斯特麥脈沖的脈寬；通過調(diào)諧光載波的波長可以實現(xiàn)光電振蕩器的微波信號的頻率可調(diào)諧，進而實現(xiàn)光頻率梳的重復頻率可調(diào)諧，即可實現(xiàn)奈奎斯特光脈沖的重復頻率可調(diào)諧。另外，通過利用量子點鎖模激光器與波分復用器聯(lián)合使用，可以有效擴展光學頻率梳的帶寬，從而實現(xiàn)更窄脈寬的奈奎斯特脈沖。
[0034]根據(jù)傅里葉變換理論可知，奈奎斯特脈沖的傅里葉變換為方波，故時域的奈奎斯特脈沖對應頻域為方形的頻譜；奈奎斯特脈沖序列對應的頻譜為包絡為方形的離散頻譜，頻譜間隔為奈奎斯特脈沖重復周期的倒數(shù)，奈奎斯特脈沖的脈寬是奈奎斯特脈沖的頻譜寬度的倒數(shù)。因此，產(chǎn)生完美的奈奎斯特脈沖的條件是頻域為離散的頻譜，并且離散譜的功率相等，另外各個離散譜的相位鎖定。奈奎斯特脈沖的脈寬與光帶通濾波器的帶寬成反比，奈奎斯特脈沖的重復頻率與光頻率梳的頻率間隔一致。
[0035]如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置的結構示意圖，該裝置包括窄線寬激光器1、第一波分復用器2、偏振控制器3、法布里-珀羅電光調(diào)制器4、溫控系統(tǒng)5、光稱合器6、環(huán)形器7、相移光纖布拉格光柵8、光放大器9、光電探測器10、電放大器11、電移相器12、偏置T 13、直流偏置14、光帶通濾波器15、光譜分析儀16、光采樣示波器17、量子點鎖模激光器18、第二波分復用器19、電光調(diào)制器20-2n和光率禹合器24。
[0036]其中，該基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，包括:
[0037]—窄線寬激光器I，其輸出端口與波分復用器的輸入端口相連；
[0038]—第一波分復用器2,其輸入端與量子點鎖模激光器I的輸出端連接,該第一波分復用器2有多個輸出端；
[0039]—偏振控制器3,其輸入端與第一波分復用器2的一輸出端連接,所述偏振控制器3是光纖結構的偏振控制器、波導結構的偏振控制器或空間結構的偏振控制器；
[0040]一法布里-珀羅電光調(diào)制器4，其端口 I與偏振控制器3的輸出端連接，所述法布里-珀羅電光調(diào)制器4采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物；
[0041]一溫控裝置5，其控制端與法布里-珀羅電光調(diào)制器4的端口 2連接；
[0042]一光耦合器6，其端口 I與法布里-珀羅電光調(diào)制器4的端口 3連接；
[0043]一環(huán)形器7，其端口 I與光耦合器6的端口 2連接；
[0044]—相移光纖布拉格光柵8,其輸入端與環(huán)形器7的端口 2連接；
[0045]一光放大器9，其輸入端與環(huán)形器7的端口 3連接，所述光放大器9是半導體光放大器或是摻琪光纖放大器；
[0046]—光電探測器10,其輸入端與光放大器9的輸出端連接,所述光電探測器10是光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料；
[0047]—電放大器11，其輸入端與光電探測器10的輸出端連接；
[0048]—電移相器12,其輸入端與電放大器11的輸出端連接；
[0049]一偏置T 13，其端口 I與電移相器12的輸出端連接；
[0050]一直流偏置14，其輸出端與偏置T 13的端口 3連接；
[0051]一光帶通濾波器15，其輸入端與光耦合器6的端口 3連接，所述光帶通濾波器15是基于硅基液晶技術的波形整形器光濾波器或波分復用器；
[0052]一光譜分析儀16，其輸入端與光帶通濾波器15的輸出端連接；
[0053]一量子點鎖模激光器18，其輸出端與波分復用器2的輸入端連接，用于將量子點鎖模激光器I輸出的多波長光源通過匹配的第二波分復用器2分為多路，每一路通過電光調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生平坦的光學頻率梳，將寬帶頻率梳分為多個信道，每一個信道都有一個電光調(diào)制器其中將窄線寬激光器I用量子點鎖模激光器18代替，所述量子點鎖模激光器18的重復頻率是10GHz或50GHz ；
[0054]—第二波分復用器19,其輸入端與量子點鎖模激光器18的輸出端連接；
[0055]多個電光調(diào)制器20-2n，每個電光調(diào)制器的輸入端分別與第二波分復用器19的多個輸出端連接，該電光調(diào)制器20-2n采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物；
[0056]—光稱合器24,其輸入端分別與多個電光調(diào)制器20_2n的各輸出端連接。
[0057]其中，窄線寬激光器I用于向波第一波分分復用器2提供連續(xù)光信號；第一波分復用器2用于將鎖模激光器輸出的多光譜分開實現(xiàn)波分復用，進而擴展光學頻率梳的帶寬，并提供給偏振控制器3 ;偏振控制器3用于調(diào)節(jié)連續(xù)光信號的偏振態(tài)降低偏振依賴損耗和優(yōu)化法布里珀羅電光調(diào)制器的調(diào)制效率；法布里-珀羅電光調(diào)制器4用于產(chǎn)生超寬帶的光學頻率梳并提供給光耦合器6 ;溫控系統(tǒng)5用于調(diào)諧和控制法布里-珀羅腔的腔長，實現(xiàn)相位匹配；光耦合器6用于將產(chǎn)生的光頻率梳分為兩束，一束光信號入射到環(huán)形器7，另一束入射到光帶通濾波器15 ;環(huán)形器7用于寬帶頻率梳入射到相移光纖布拉格光柵8，并將相移光纖布拉格光柵8反射的光信號入射到光放大器9 ;相移光纖布拉格光柵8用于實現(xiàn)相位調(diào)制向強度調(diào)制轉換實現(xiàn)單通帶微波光子濾波器進而實現(xiàn)頻率可調(diào)諧的光電振蕩器，通過調(diào)諧光載波的頻率實現(xiàn)微波信號的頻率調(diào)諧；光放大器9用于補償鏈路的插損和提高光電振蕩器的開環(huán)增益，并提供給光電探測器10 ;光電探測器10用于將光信號轉化為電信號產(chǎn)生所需要的微波信號；電放大器11用于放大光電轉換產(chǎn)生電信號的功率提高光電振蕩器的開環(huán)增益，并提供給電移相器12 ;電移相器12用于調(diào)整產(chǎn)生電信號的相位，實現(xiàn)穩(wěn)定的光電振蕩；偏置T 13用于將移相的微波信號和直流電信號入射到法布里-珀羅電光調(diào)制器4的射頻端口 ；直流偏置14通過微調(diào)靜態(tài)相位進而實現(xiàn)法布里-珀羅電光調(diào)制器4的高效調(diào)制實現(xiàn)相位匹配，產(chǎn)生寬帶光學頻率梳；光帶通濾波器15用于控制產(chǎn)生光學頻率梳的帶寬進而控制產(chǎn)生奈奎斯特脈沖的重復頻率，同時可以很好的抑制光學頻率梳的帶外邊模的功率；光譜分析儀16用于觀測產(chǎn)生光學頻率梳的頻譜圖；光采樣示波器17用于捕獲產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖及其時間抖動；量子點鎖模激光器18用于擴展光學頻率梳的帶寬，通過將量子點激光器與波分復用器結合可以有效的擴展光學頻率梳的帶寬；第二波分復用器19，用于將量子點輸出的多波長光信號分為多路，其功能可以替代波分復用器2;多個電光調(diào)制器20-2n用于產(chǎn)生寬帶的光學頻率梳；光耦合器24用于將產(chǎn)生的光學頻率梳合束；其中，模塊18、19、20-2n、24為擴展系統(tǒng)，利用量子點激光器作為光源可以擴展光學頻率的帶寬，近而實現(xiàn)脈寬可控奈奎斯特脈沖產(chǎn)生。
[0058]量子點鎖模激光器I的重復頻率可以是10GHz也可以是50GHz ；
[0059]偏振控制器3是光纖結構的偏振控制器、波導結構的偏振控制器或空間結構的偏振控制器；法布里-珀羅電光調(diào)制器4和多個電光調(diào)制器20-2n采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物(如硅基調(diào)制器、磷化銦調(diào)制器以及II1-V型調(diào)制器)或有機聚合物(如石墨烯調(diào)制器)；光放大器9可以是半導體光放大器或者是摻琪光纖放大器；光電探測器10是光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料；光帶通濾波器15是基于硅基液晶技術的波形整形器，或者是光濾波器，或者是波分復用器。
[0060]如圖2所示給出了本發(fā)明產(chǎn)生的奈奎斯特光脈沖信號產(chǎn)生結果圖，該圖為類似結果圖；該圖的橫坐標是時間，縱坐標是光脈沖的歸一化光強度；該脈沖的重復周期是100ns，脈沖帶寬90MHz，脈沖的半高全寬是9.8ns。
[0061]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，包括: 一窄線寬激光器，其輸出端口與波分復用器的輸入端口相連； 一第一波分復用器，其輸入端與量子點鎖模激光器的輸出端連接，該第一波分復用器有多個輸出端； 一偏振控制器，其輸入端與第一波分復用器的一輸出端連接； 一法布里-珀羅電光調(diào)制器，其端口 I與偏振控制器的輸出端連接； 一溫控裝置，其控制端與法布里-珀羅電光調(diào)制器的端口 2連接； 一光耦合器，其端口 I與法布里-珀羅電光調(diào)制器的端口 3連接； 一環(huán)形器，其端口 I與光耦合器的端口 2連接； 一相移光纖布拉格光柵，其輸入端與環(huán)形器的端口 2連接； 一光放大器，其輸入端與環(huán)形器的端口 3連接； 一光電探測器，其輸入端與光放大器的輸出端連接； 一電放大器，其輸入端與光電探測器的輸出端連接； 一電移相器，其輸入端與電放大器的輸出端連接； 一偏置T，其端口 I與電移相器的輸出端連接； 一直流偏置，其輸出端與偏置T的端口 3連接； 一光帶通濾波器，其輸入端與光耦合器的端口 3連接； 一光譜分析儀，其輸入端與光帶通濾波器的輸出端連接； 一量子點鎖模激光器，其輸出端與波分復用器的輸入端連接，用于將量子點鎖模激光器輸出的多波長光源通過匹配的第一波分復用器分為多路，每一路通過電光調(diào)制器調(diào)制產(chǎn)生平坦的光學頻率梳，將寬帶頻率梳分為多個信道，每一個信道都有一個電光調(diào)制器其中將窄線寬激光器用量子點鎖模激光器代替； 一第二波分復用器，其輸入端與量子點鎖模激光器的輸出端連接； 多個電光調(diào)制器，每個電光調(diào)制器的輸入端分別與第二波分復用器的多個輸出端連接; 一光稱合器，其輸入端分別與多個電光調(diào)制器的各輸出端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中所述量子點鎖模激光器的重復頻率是10GHz或50GHz。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中所述偏振控制器是光纖結構的偏振控制器、波導結構的偏振控制器或空間結構的偏振控制器。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中所述法布里-珀羅電光調(diào)制器采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中多個電光調(diào)制器采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中所述光放大器是半導體光放大器或是摻珥光纖放大器。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中所述光電探測器是光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于超寬帶光頻率梳產(chǎn)生奈奎斯特光脈沖的裝置，其中所述光帶通濾波器是基于硅基液晶技術的波形整形器光濾波器或波分復用器。
【文檔編號】G02F2/00GK104330940SQ201410612689
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】王文亭, 劉建國, 李偉, 祝寧華 申請人:中國科學院半導體研究所