多波長諧波頻率時域合成的光學(xué)函數(shù)信號發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光通信、光學(xué)測量以及光傳感技術(shù)等領(lǐng)域，尤其是多波長諧波頻 率時域合成的光學(xué)函數(shù)信號發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)任意函數(shù)信號發(fā)生器可以產(chǎn)生的光學(xué)信號波形有多種類型，如矩形波、三角 波、鋸齒波等。可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)信號的碼型產(chǎn)生、系統(tǒng)性能檢測以及傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等領(lǐng) 域。
[0003] 光學(xué)任意函數(shù)信號發(fā)生器就是一種充分發(fā)揮光子技術(shù)特長和優(yōu)勢，并選擇性結(jié)合 電子技術(shù)特點產(chǎn)生任意波形的裝置。近年來，光學(xué)函數(shù)信號發(fā)生器得到了廣泛的研宄，總體 來看，實現(xiàn)光學(xué)函數(shù)波形產(chǎn)生有兩種思路：
[0004] 1、在光域直接對光譜譜線進行分離、操縱和合成，對分離的每一路譜線的幅度和 相位等參數(shù)進行精確的操控最后合成所需的全光函數(shù)波形信號。此方法的優(yōu)點是可以精確 控制各個譜線參數(shù)從而合成光學(xué)任意函數(shù)波形信號，它可以突破"電子瓶頸"制約，在光域 直接獲得高重復(fù)頻率波形信號。但其缺點在于這種方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常情況下會將 光學(xué)梳狀譜在波長上通過濾波器或光柵分為n路，并且需要濾波窗口與需要分離的光學(xué)梳 狀譜波長精確對準(zhǔn)，使得譜線的選擇和分離工作尤為困難，之后還要對每一路分離出的譜 線進行幅度、相位等的精確操控，這將大大增加了實驗操作難度和工作量，其次，該方法系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)易受到外界因素(如溫度、應(yīng)力）變化的影響，最終影響到產(chǎn)生的光學(xué)函數(shù)信號的質(zhì) 量和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中無源濾波器濾波的光學(xué)任意函數(shù)信號發(fā)生器就是采用此方法的典 型方案。
[0005] 2、基于調(diào)制整形技術(shù)結(jié)合光學(xué)手段來實現(xiàn)光學(xué)函數(shù)信號的整形產(chǎn)生。此方法是通 過基礎(chǔ)的調(diào)制手段獲得初始信號波形，再整體上利用濾波、移相等手段加以處理從而得到 所需的光學(xué)函數(shù)波形。這種方法的優(yōu)點是在操作上簡單便捷，可以通過改變調(diào)制參數(shù)等因 素對產(chǎn)生的信號波形進行及時有效的調(diào)節(jié)，而且產(chǎn)生的信號波形的頻率可以根據(jù)調(diào)制頻率 的不同進行調(diào)諧，系統(tǒng)穩(wěn)定不會受外界因素干擾。這種方法的缺點在于以信號整體頻率分 量為對象，不能對每一個光譜分量的相位和幅度進行準(zhǔn)確的整形控制，所產(chǎn)生信號的質(zhì)量 難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型的目的是：提供一種多波長諧波頻率時域合成的光學(xué)函數(shù)信號發(fā)生 器，它的光子微波多諧波信號產(chǎn)生簡便，諧波頻率產(chǎn)生和分離靈活、信號相位和幅度控制精 確、信號波形質(zhì)量高、系統(tǒng)穩(wěn)定性良好、操作簡單便捷，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0007] 本實用新型是這樣實現(xiàn)的：多波長諧波頻率時域合成的光學(xué)函數(shù)信號發(fā)生器，包 括多波長多頻鎖模激光器模塊和相位與幅度控制合成模塊，多波長多頻鎖模激光器模塊為 一個包含兩個以上光學(xué)環(huán)形支路的光纖環(huán)形激光器，其中各支路工作波長不同，且各支路 的輸出端分別與相位和幅度控制合成模塊的各相應(yīng)輸入端連接。
[0008] 所述的多波長多頻鎖模激光器模塊的主環(huán)路由半導(dǎo)體光放大器、光隔離器、lXn 的波分復(fù)用器、nX1的波分復(fù)用器、檢偏器、光偏振控制器、電光調(diào)制器及光偏振控制器依 次連接構(gòu)成；其中n為大于2的自然數(shù)；射頻源與電光調(diào)制器的射頻輸入端連接；所述的多 波長多頻鎖模激光器模塊包括兩個以上的光學(xué)支路，支路的輸出端口與一個光偏振控制器 的輸入連接，光偏振控制器的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端連接，摻鉺光纖放大器的 輸出端與光親合器的輸入端連接，光親合器包含兩個輸出端，其中一個輸出端與可調(diào)光延 時線的輸入端連接，另一個輸出端則連接到相位與幅度控制合成模塊的相應(yīng)的輸入端上， 可調(diào)光延時線的輸出端與nXl的波分復(fù)用器輸入端口連接，并通過合路輸出端口與主環(huán) 路連接，構(gòu)成一個光纖環(huán)形激光器，所有支路均以上述連接方式連接。
[0009] 所述的相位與幅度控制合成模塊包含兩個以上的光學(xué)支路，其中任意一個支路 中，可調(diào)光延時線的輸出端與可調(diào)光衰減器的輸入端連接，可調(diào)光衰減器輸出端與光學(xué)合 路器輸入端口連接；光學(xué)合路器合路輸出端口與光電探測器輸入端連接，信號經(jīng)過光電探 測器檢測并從其輸出端輸出；可調(diào)光延時線的輸入端與多波長多頻鎖模激光器模塊的各支 路的輸出端對應(yīng)連接。
[0010] 所述的lXn的波分復(fù)用器為輸入端端口數(shù)為1、輸出端端口數(shù)為n的波分復(fù)用器； n為大于2的自然數(shù)；所述的nXl的波分復(fù)用器為輸入端端口數(shù)為n、輸出端端口數(shù)為1 的波分復(fù)用器；n為大于2的自然數(shù)。
[0011] 多波長多頻鎖模激光器模塊結(jié)構(gòu)中，每個環(huán)形支路都可以從光親合器的一個輸出 端輸出具有不同波長和不同諧波頻率的光子射頻信號。
[0012] 所述的電光調(diào)制器為半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器或鈮酸鋰強度調(diào)制器。
[0013] 所述的相位與幅度控制合成模塊中的光學(xué)合路器為nX1的波分復(fù)用器或nX1的 光親合器；n為大于2的自然數(shù)。
[0014] 本實用新型中，多波長多頻鎖模激光器模塊1主環(huán)中半導(dǎo)體光放大器la自發(fā)輻射 出波長范圍為冬~』，的寬譜光，而且各環(huán)形支路都是具有不同腔長的獨立諧振腔，因此 各支路內(nèi)光場滿足諧振腔正反饋和共振條件將決定了一系列起振模式并且起振模式之間 的頻率間隔由環(huán)路長度決定，即諧振腔腔模是腔內(nèi)有效折射率，L為環(huán)形 腔腔長。有理數(shù)諧波鎖模技術(shù)，即調(diào)制頻率fm為諧振腔腔模f。的a±c/b(a，b，c為正整 數(shù)，c<b，且c與b為互質(zhì)數(shù)）倍，也就是說只要使該諧波分量足夠大，或者說腔內(nèi)能夠提 供足夠的增益，就可以達到b倍頻的脈沖輸出。即理論上，多波長多頻鎖模激光器中調(diào)制頻 率fm= (a±c/b)/；，各支路輸出信號的諧波頻率厶二<二6^土通過分別調(diào)節(jié)各環(huán)形 支路中可調(diào)光延時線lgn(n=l，2, 3…）可以改變各路諧波信號的包絡(luò)延時，即各支路諧振 腔腔長發(fā)生改變，最終導(dǎo)致各環(huán)形支路諧振腔腔模/；各不相同，最終使各支路產(chǎn)生的不同 波長光子射頻信號的諧波頻率各不相同。恰當(dāng)選擇各環(huán)形支路產(chǎn)生的光子射頻信號的 諧波頻率后進入相位與幅度控制模塊2,相位與幅度控制模塊2中各支路上的可調(diào)光延時 線2an(n=l，2, 3…）對各路諧波信號的包絡(luò)進行延時，可調(diào)光衰減器2bn(n=l，2, 3…）對 各光場幅度進行衰減控制。相比于現(xiàn)有的光學(xué)函數(shù)信號產(chǎn)生方法而言，各支路獨立控制該 路光子射頻信號相位與幅度可以消除以信號整體頻率分量為對象，不能對每一個譜分離的 相位和幅度進行準(zhǔn)確的整形控制的弊端，并且也避免了在空間光路中對光譜分量進行相位 和幅度控制的復(fù)雜繁瑣，使得本實用新型各光學(xué)支路產(chǎn)生的光子射頻信號相位與幅度控制 精確、系統(tǒng)操作簡單便捷、產(chǎn)生的信號質(zhì)量高。之后再經(jīng)過對各支路信號的諧波頻率、相位 以及幅度等參數(shù)精確控制后各支路光場在光學(xué)合路器2c中合成，之后經(jīng)過光電探測器2d 檢測，最終得到希望產(chǎn)生的光學(xué)任意函數(shù)波形信號。本實用新型整個信號傳輸過程都在光 纖中進行，相比于現(xiàn)有的光學(xué)函數(shù)信號產(chǎn)生方法而言，本實用新型系統(tǒng)采用非相干光系統(tǒng)， 各環(huán)形支路產(chǎn)生的光子射頻信號波長不同，避免了各路在經(jīng)過延時疊加時出現(xiàn)干涉現(xiàn)象， 也避免了干涉現(xiàn)象的引入和干涉噪聲的擾動，同時增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0015]由于采用了以上技術(shù)方案，相比現(xiàn)有的光學(xué)函數(shù)信號產(chǎn)生方法而言，本實用新型 不需進行復(fù)雜的譜線分離和濾波過程，并節(jié)省了光學(xué)濾波器件的使用，為實現(xiàn)光學(xué)函數(shù)波 形合成所需的各支路信號的諧波頻率可通過直接調(diào)節(jié)可調(diào)光延時線獲得，這使本實用新型 各支路光子射頻信號的諧波頻率產(chǎn)生和分離靈活簡便、產(chǎn)生的光學(xué)函數(shù)信號質(zhì)量高。本實 用新型的光學(xué)函數(shù)波形合成采用非相干光系統(tǒng)，避免了干涉引入帶來的噪聲擾動，同時增 強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有方便靈活，實用性強的特點。
[0016]【附圖說明】，
[0017]附圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]【具體實施方式】，
[0019]本實用新型的實施例1:多波長諧波頻率時域合成的光學(xué)函數(shù)信號發(fā)生器，包括 多波長多頻鎖模激光器模塊1，相位與幅度控制合成模塊2,多波長多頻鎖模激光器模塊1 為一個包含n個光學(xué)環(huán)形支路的光纖環(huán)形激光器，其中各支路工作波長不同，且各支路的 輸出端分別與相位和幅度控制合成模塊2的各相應(yīng)輸入端連接；
[0020] 本實施例中，多波長多頻鎖模激光器模塊1的主環(huán)路由半導(dǎo)體光放大器la、光隔 離器lb、lXn的波分復(fù)用器lc、nX1的波分復(fù)用器lh、檢偏器li、光偏振控制器lj、電光 調(diào)制器lk及光偏振控制器lm依次連接構(gòu)成；其中n為大于2的自然數(shù)；射頻源11與電光 調(diào)制器lk的射頻輸入端連接；多波長多頻鎖模激光器模塊1包括n個的光學(xué)支路，支路的 輸出端口與光偏振控制器Id輸入連接，光偏振控制器Id的輸出端與摻鉺光纖放大器le的 輸入端連接，摻鉺光纖放大器le的輸出端與光親合器If的輸入端連接，光親合器If包含 兩個輸出端，其中一個輸出端與可調(diào)光延時線lg的輸入端連接，另一個輸出端則連接到相 位與幅度控制合成模塊2的相應(yīng)的輸入端上，可調(diào)光延時線lg的輸出端與nX1的波分復(fù) 用器lh輸入端口連接，并通過合路輸出端口與主環(huán)路連接，構(gòu)成一個光纖環(huán)形激光器，所 有支路均以上述連接方式連接。
[0021 ] 相位與幅度控制合成模塊2包含n個光學(xué)支路，其中任意一個支路中，可調(diào)光延時 線2a的輸出端與可調(diào)光衰減器2b的輸入端連接，可調(diào)光衰減器2b輸出端與光學(xué)合路器2c 輸入端口連接；光學(xué)合路器2c合路輸出端口與光電探測器2d輸入端連接，信號經(jīng)過光電探 測器2d檢測并從其輸出端輸出；可調(diào)光延時線2a的輸入端與多波長多頻鎖模激光器模塊 1的各支路的輸出端對應(yīng)連接。
[0022] 多波長多頻鎖模激光器模塊1結(jié)構(gòu)中，每個環(huán)形支路都可以從光耦合器If的一個 輸出端輸出具有不同波長和不同諧波頻率的光子射頻信號。
[0023]所述的電光調(diào)制器lk為半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器