本發(fā)明涉及光電子器件、微波光子學(xué)、全光數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體地講是一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器。

背景技術(shù)：

全光信號(hào)處理是解決光通量諸如大帶寬和高速通信等電信領(lǐng)域的主要問題的關(guān)鍵。全光信號(hào)處理中，三角形光脈沖因其有特殊的線性上升沿和線性下降沿，并且相互對(duì)稱的時(shí)域特征，在全光信號(hào)處理中具有廣泛的應(yīng)用，因此三角形光脈沖的產(chǎn)生在光學(xué)系統(tǒng)中具有很大的研究?jī)r(jià)值。使用具有三角形脈沖的交叉相位調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)光時(shí)分復(fù)用到波分復(fù)用的全光波長(zhǎng)變換，還可以實(shí)現(xiàn)部分信號(hào)的再生。使時(shí)域或頻域光脈沖倍增的全光技術(shù)也依賴于在交叉相位調(diào)制中引入的三角形泵浦脈沖。使用具有三角形泵浦脈沖的交叉相位調(diào)制還可以實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換、脈沖壓縮和信號(hào)再生。另外，使用三角形脈沖可以實(shí)現(xiàn)基于光纖和偏移濾波中自相位調(diào)制的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的性能得到兩倍改進(jìn)。此外，三角形微波信號(hào)在現(xiàn)代雷達(dá)和天線系統(tǒng)、射頻通信系統(tǒng)、電子設(shè)備測(cè)試測(cè)量等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，因此輸出穩(wěn)定的三角形信號(hào)具有很大的研究?jī)r(jià)值。因此，光子三角形脈沖發(fā)生器被認(rèn)為是未來的全光網(wǎng)絡(luò)一個(gè)非常重要的設(shè)備。

近年來，國際上相繼報(bào)道了一系列三角形光脈沖光子發(fā)生器的研究成果。一種方案是通過光學(xué)梳妝發(fā)生器或者鎖模激光器作為相干光源，輸入到光譜整形器中，調(diào)整輸入的波形來得到預(yù)期的輸出波形。例如，2011年，西南交通大學(xué)的j.ye等人提到一種利用兩個(gè)級(jí)聯(lián)濾波器作為頻譜整形單元，并結(jié)合fttm，可以獲得三角形光脈沖(yej,yanl,panw,etal.photonicgenerationoftriangular-shapedpulsesbasedonfrequency-to-timeconversion[j].opticsletters.2011,36(8):1458-1460.)。但是該方案需要一個(gè)超短脈沖源，使得成本較高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。為了降低成本，可將連續(xù)波激光器作為光源獲得三角形光脈沖。例如，j.li等人提出了諧波擬合的方式，利用馬赫增德爾調(diào)制器和光纖色散原件來產(chǎn)生對(duì)稱三角形脈沖(j.li，x.zhang，b.hraimel，t.ning,performanceanalysisofaphotonic-assistedperiodictriangular-shapedpulsesgenerator.lightwavetechnology,journalof,2012.30(11):p.1617-1624.)。該方案依賴于光纖色散和驅(qū)動(dòng)頻率之間的關(guān)系，因此調(diào)諧性能較差。另一種方案是在時(shí)域?qū)獍j(luò)進(jìn)行刻蝕和疊加。例如，j.yang等人提出利用分布式反饋半導(dǎo)體激光器的注入鎖定進(jìn)程來完成期望諧波信號(hào)的產(chǎn)生，再以合適的功率比和時(shí)延對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行疊加來得到三角形光脈沖(y.jiang，c.ma，g.bai，z.jia,photonicgenerationoftriangularwaveformutilizingtime-domainsynthesis.photonicstechnologyletters,ieee,2015.27(16):p.1725-1728.)。但是調(diào)諧不夠靈活，系統(tǒng)比較復(fù)雜。上述三角形光脈沖發(fā)生器，調(diào)諧不夠靈活，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，能夠靈活調(diào)諧的光學(xué)三角脈沖的發(fā)生器是非常必要的。本發(fā)明僅通過調(diào)節(jié)射頻信號(hào)的驅(qū)動(dòng)頻率和時(shí)延就可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的調(diào)諧。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是提供成本低的一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器。與傳統(tǒng)的生成方法不同，本裝置以連續(xù)波激光器為光源，采用一個(gè)單驅(qū)動(dòng)的馬赫曾德調(diào)制器，使其工作于正交偏置點(diǎn)，此時(shí)輸出光信號(hào)類似于正弦信號(hào)。通過一個(gè)光功率分配器將正弦信號(hào)分為上下兩路，上支路通過一個(gè)偏振控制器，下支路通過一個(gè)偏振控制器和一個(gè)可調(diào)時(shí)延線。通過調(diào)節(jié)可調(diào)時(shí)延線來引入一定的時(shí)延。通過調(diào)節(jié)上下兩支路的偏振控制器，使兩個(gè)信號(hào)以正交偏振的狀態(tài)進(jìn)行疊加，不會(huì)引入相干干擾。接下來通過偏振集束器將上下輛支路信號(hào)結(jié)合，從而獲得了具有可調(diào)諧重復(fù)頻率的三角形光脈沖。本裝置僅采用廉價(jià)的連續(xù)波激光器為光源，從而極大得降低成本。本方案的調(diào)制指數(shù)將不再固定在一個(gè)值，而是在一個(gè)合適的范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，并且考慮到偏置點(diǎn)漂移，使得本裝置具有很高的商用價(jià)值。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，其特征在于：該三角形脈沖發(fā)生器包括，連續(xù)波激光器、單驅(qū)動(dòng)平行馬赫曾德爾調(diào)制器、正弦波本地振蕩器、功率分配器、偏振控制器、偏振集束器、可調(diào)時(shí)延線；具體連接方式為：

連續(xù)波激光器的光輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器的光輸入端，正弦波本地振蕩器的電輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的電驅(qū)動(dòng)端口，單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的光輸出端接光功率分配器的光輸入端，光功率分配器的第一輸出端和第二輸出端分別接兩個(gè)偏振控制器的光輸入端，一個(gè)偏振控制器的光輸出端接偏振集束器的光輸入端，一個(gè)偏振控制器的光輸出端接可調(diào)時(shí)延線的光輸入端，可調(diào)時(shí)延線的光輸出端接偏振集束器的光輸入端，偏振集束器的光輸出端輸出三角形光脈沖。

調(diào)節(jié)偏置電壓源的輸出電壓vbias，其范圍為1.94≤δvbias≤2.06；將單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的偏置于正交傳輸點(diǎn)；

調(diào)制系數(shù)其中vrf為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，vπ為單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的半波轉(zhuǎn)換電壓，且vπ＝4v。β的范圍為0.92≤β≤1.57。

可調(diào)延時(shí)線(7)引入延時(shí)τ，其范圍為6.1ps≤τ≤479ps。

正弦波本地振蕩器(2)的輸出正弦信號(hào)頻率為frf，其范圍為1ghz≤frf≤40ghz；

經(jīng)過上述設(shè)置，偏振集束器(8)輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f＝frf。

本發(fā)明的具體工作原理如下：

由連續(xù)波激光器輸出的光電場(chǎng)表達(dá)式為：

e0(t)＝e0exp(jω0t)(1)

其中e0和ω0表示其幅值和角頻率，然后光信號(hào)輸入到單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器。用于驅(qū)動(dòng)sd-mzm的rf信號(hào)為vrfcos(ωt)，其中vrf和ω表示rf信號(hào)的幅值和頻率。當(dāng)sd-mzm的消光比為εr＝∞時(shí),sd-mzm輸出端的光場(chǎng)分布為：

其中vπ表示sd-mzm的半波轉(zhuǎn)換電壓。a點(diǎn)的光強(qiáng)度表達(dá)式為：

其中，調(diào)制指數(shù)可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度來改變?chǔ)碌闹怠?/p>

正交偏振單元由一個(gè)50:50的光耦合器，兩個(gè)偏振控制器，一個(gè)可調(diào)時(shí)延線和一個(gè)偏振集束器組成。從單驅(qū)動(dòng)馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光信號(hào)被分為兩個(gè)支路，上下兩支路的信號(hào)經(jīng)過偏振控制器調(diào)節(jié)為正交偏振的方向。通過在下支路加入一個(gè)可調(diào)時(shí)延線來引入一定的時(shí)延。之后通過偏振集束器結(jié)合兩路信號(hào)。偏振集束器輸出后的光場(chǎng)分布為:

由于兩支路的信號(hào)是以正交偏振的狀態(tài)結(jié)合的，所以他們之間不存在相干干擾。因此對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度表達(dá)式為：

為了更好地研究三角形光脈沖與上述參數(shù)(β，τ和ω)之間的關(guān)系，將上述表達(dá)式展開為：

其中:

o(ω)代表高階諧波，當(dāng)β很小時(shí)，可以忽略不計(jì)。

理想三角波形的傅里葉展開式：

比較式(6)和式(8)，為了獲得近似的三角形微波信號(hào)，應(yīng)該滿足：

a1＝9a3(9)

結(jié)合式(7)，我們可以得到參數(shù)(β和τ，ω)之間的關(guān)系：

本發(fā)明的有益效果具體如下：

本發(fā)明不涉及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，充分利用電光調(diào)制原理，以光子學(xué)方法產(chǎn)生了高重復(fù)頻率的三角波；本發(fā)明中脈沖重復(fù)頻率具有連續(xù)可調(diào)諧的特性，僅改變本振頻率，便可對(duì)三角形光脈沖的重復(fù)頻率進(jìn)行調(diào)諧；并且方案采用廉價(jià)的連續(xù)波激光器，可以極大的降低獲得成本。

附圖說明

圖1一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器。

圖2三角形光脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的三角波時(shí)域波形示意圖(頻率f＝1ghz)。

圖3三角形光脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的三角波時(shí)域波形示意圖(頻率f＝10ghz)。

圖4三角形光脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的三角波時(shí)域波形示意圖(頻率f＝30ghz)。

圖5三角形光脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的三角波時(shí)域波形示意圖(頻率f＝40ghz)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1至5對(duì)一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一

一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發(fā)生器包括，連續(xù)波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調(diào)時(shí)延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：

連續(xù)波激光器1的光輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的電驅(qū)動(dòng)端口31，單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調(diào)時(shí)延7的光輸入端，可調(diào)時(shí)延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。

調(diào)節(jié)偏置電壓源的輸出電壓vbias＝2v；將單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的偏置于正交傳輸點(diǎn)；

調(diào)節(jié)調(diào)制系數(shù)其中vrf為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，vπ為單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的半波轉(zhuǎn)換電壓，且vπ＝4v。

調(diào)節(jié)可調(diào)延時(shí)線，使延時(shí)τ＝479ps。

正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號(hào)頻率為frf＝1ghz；

本實(shí)施例調(diào)制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為2v，frf＝10ghz，β＝0.92，vπ＝4v，τ＝479ps。經(jīng)過上述調(diào)節(jié)后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f＝frf＝1ghz，對(duì)應(yīng)時(shí)域曲線圖2所示。

實(shí)施例二

一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發(fā)生器包括，連續(xù)波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調(diào)時(shí)延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：

連續(xù)波激光器1的光輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的電驅(qū)動(dòng)端口31，單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調(diào)時(shí)延7的光輸入端，可調(diào)時(shí)延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。

調(diào)節(jié)偏置電壓源的輸出電壓vbias＝1.94v；將單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的偏置于正交傳輸點(diǎn)；

調(diào)節(jié)調(diào)制系數(shù)其中vrf為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，vπ為單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的半波轉(zhuǎn)換電壓，且vπ＝4v。

調(diào)節(jié)可調(diào)延時(shí)線，使延時(shí)τ＝33.7ps。

正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號(hào)頻率為frf＝10ghz；

本實(shí)施例調(diào)制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為1.94v，frf＝10ghz，β＝1.1，vπ＝4v，τ＝33.7ps。經(jīng)過上述調(diào)節(jié)后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f＝frf＝10ghz，對(duì)應(yīng)時(shí)域曲線圖3所示。

實(shí)施例三

一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發(fā)生器包括，連續(xù)波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調(diào)時(shí)延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：

連續(xù)波激光器1的光輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的電驅(qū)動(dòng)端口31，單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調(diào)時(shí)延7的光輸入端，可調(diào)時(shí)延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。

調(diào)節(jié)偏置電壓源的輸出電壓vbias＝2.06v；將單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的偏置于正交傳輸點(diǎn)；

調(diào)節(jié)調(diào)制系數(shù)其中vrf為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，vπ為單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的半波轉(zhuǎn)換電壓，且vπ＝4v。

調(diào)節(jié)可調(diào)延時(shí)線，使延時(shí)τ＝25ps。

正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號(hào)頻率為frf＝30ghz；

本實(shí)施例調(diào)制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為2.06v，frf＝30ghz，β＝1.5，vπ＝4v，τ＝25ps。經(jīng)過上述調(diào)節(jié)后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f＝frf＝30ghz，對(duì)應(yīng)時(shí)域曲線圖4所示。

實(shí)施例四

一種調(diào)制指數(shù)不固定的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發(fā)生器包括，連續(xù)波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調(diào)時(shí)延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：

連續(xù)波激光器1的光輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的電驅(qū)動(dòng)端口31，單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調(diào)時(shí)延7的光輸入端，可調(diào)時(shí)延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。

調(diào)節(jié)偏置電壓源的輸出電壓vbias＝2v；將單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的偏置于正交傳輸點(diǎn)；

調(diào)節(jié)調(diào)制系數(shù)其中vrf為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，vπ為單驅(qū)動(dòng)馬赫曾德調(diào)制器的半波轉(zhuǎn)換電壓，且vπ＝4v。

調(diào)節(jié)可調(diào)延時(shí)線，使延時(shí)τ＝6.1ps。

正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號(hào)頻率為frf＝40ghz；

本實(shí)施例調(diào)制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為2v，frf＝40ghz，β＝1.57，vπ＝4v，τ＝6.1ps。經(jīng)過上述調(diào)節(jié)后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復(fù)頻率為f＝frf＝40ghz，對(duì)應(yīng)時(shí)域曲線圖5所示。