基于外差锁相的光频梳发生器及方法

技术领域

本发明涉及光频梳产生技术，尤其涉及一种基于外差锁相的光频梳发生器及方法。

背景技术

近年来，光频梳(Optical Frequency Comb，OFC)在光频气象学、光谱学、天文学、光通信等领域发挥着重要的作用，具有平坦的频谱包络和高等频间距。不同的激光源可以提供许多技术和机制来生成光频梳，并且每种光频梳都有不同的应用。在OFC产生的各种技术中，使用电光调制器(EO)的光频梳在重复率方面显示出灵活性，使其成为用于光通信的合适选择。基于光电调制器的光频梳提高了系统的性能，特别是支持高数据速率光接入和长途网络中的性能。现有的光频梳带宽窄，结构复杂，成本高。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种高宽带宽、结构简单高效、经济的基于外差锁相的光频梳发生器及方法。

技术方案：本发明所述的基于外差锁相的光频梳发生器包括第一激光器、第二激光器、第一马赫-曾德尔调制器、第二马赫-曾德尔调制器、射频信号发生器、光耦合器，所述射频信号发生器分别连接所述第一马赫-曾德尔调制器和所述第二马赫-曾德尔调制器，所述第一激光器发射的激光经所述第一马赫-曾德尔调制器调制后发送到所述光耦合器，所述第二激光器发射的激光直接发送到所述光耦合器，所述耦合器将接收的光信号耦合后发送至所述第二马赫-曾德尔调制器，经所述第二马赫-曾德尔调制器调制后生成光频梳。

进一步的，所述第一激光器、第二激光器发射的激光频率差为预设值。所述第一激光器、第二激光器均为连续波激光器。所述射频信号发生器用于发射相位为90°的射频信号，并传输至所述第一马赫-曾德尔调制器和所述第二马赫-曾德尔调制器。所述光耦合器用于将所述第一马赫-曾德尔调制器输出的信号和所述第二激光器发射的激光直接叠加。

本发明所述的基于外差锁相的光频梳发生方法，包括：

采用第一激光器发射激光；

将第一激光器发射的激光采用第一马赫-曾德尔调制器调制，所述第一马赫-曾德尔调制器调制由射频信号发生器发射的射频信号驱动；

采用第二激光器发射激光；

采用光耦合器将所述第二激光器发射的激光和所述第一马赫-曾德尔调制器调制后的光信号进行耦合，所述第二马赫-曾德尔调制器调制由射频信号发生器发射的射频信号驱动；

采用第二马赫-曾德尔调制器调制将所述光耦合器输出的光信号进行调制，调制后的信号即为光频梳。

进一步的，所述第一激光器、第二激光器发射的激光频率差为预设值。所述第一激光器、第二激光器均为连续波激光器。所述射频信号发生器发射的射频信号相位为90°。所述光耦合器将所述第一马赫-曾德尔调制器输出的光信号和所述第二激光器发射的激光直接叠加。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明是一种用于下行链路传输的相干光通信系统，采用外差锁相生成两个光频梳，两个光频梳以一种新颖的方式相干连接，最终得到高带宽的光频梳，覆盖了光学c波段的一半以上。光c波段覆盖高带宽的频率音，对于扩大光通信和网络的应用边界是必不可的。本发明装置简单高效、更经济。

附图说明

图1是本发明的基于外差锁相的光频梳发生器的结构框图；

图2是图1中光学分析仪的输出结果图，(a)光学光谱分析仪a观测到的输出；(b)光学光谱分析仪b观测到的输出；(c)光学光谱分析仪c观测到的输出,右边的局部放大图显示了梳状线平整度的详细信息。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种基于外差锁相的光频梳发生器，如图1所示，包括第一激光器L1、第二激光器L2、第一马赫-曾德尔调制器MZ1、第二马赫-曾德尔调制器MZ2、射频信号发生器RFG、光耦合器Cp。射频信号发生器RFG分别连接第一马赫-曾德尔调制器MZ1和第二马赫-曾德尔调制器MZ2，用于通过产生的相位为90°的射频信号驱动两个调制器。第一激光器L1发射的激光经第一马赫-曾德尔调制器MZ1调制后发送到光耦合器Cp，第二激光器L2发射的激光直接发送到光耦合器Cp，光耦合器Cp将接收的光信号叠加耦合后发送至第二马赫-曾德尔调制器MZ2，经第二马赫-曾德尔调制器MZ2调制后生成光频梳。

其中，两个激光器之间频率差设置为预设值，具体可以为1.38THz，两个激光器分别产生激光信号，通过光耦合器将光信号边带耦合到相邻载波，两个激光器产生的激光信号相邻频率分量的耦合被视为外差锁相机制，因为外差的概念是通过混合两个频率来结合两个同相信号来生成频率，再通过第二马赫-曾德尔调制器MZ2，产生最大可能的OFC线，最终产生的OFC覆盖约3.2THz带宽，其中2.74THz被平坦的梳状线占据，位于光学c波段。射频信号发生器RFG的频率为20GHz，信号相位为90°，用于勾勒梳状线之间的频率间隔，从而产生具有图1所述上述优秀质量的OFC线。

设第一激光器L1的光场定义为E

式中ω

将式(2)用雅可比展开式展开得到最终输出：

在式(3)中，Jn表示贝塞尔函数的n阶，n表示由连接的光频梳诱导边带的阶数，谐波分量与微波源产生的频率有固定的频率间隔ω

在式(4)中，P

下面对本发明进行仿真验证，激光器L1和L2的中心频率分别为F1＝193.08THz和F2＝194.46THz。每台激光器的工作功率为1.3dBm，线宽为10MHz。在图1所示的产生器中部署了三个标记为a、b和c的光学频谱分析仪:一个用于MZ1的输出(a)，一个用于与激光L2耦合的输出(b)，一个用于最终输出(c)。激光L2连接到激光L1产生的波段。因此，根据混合两个频率(F1,F2)的外差现象，产生了许多梳状线，可以给出为:F1+F2+N(F1±F2)。L1连接到MZ1，20GHz射频信号驱动，对MZ1的对称因子和消光比进行了精心控制。马赫-曾德尔调制器是一种基于干涉原理的光电强度调制器，由一对3dB耦合器与一根相同长度的波导连接而成。在MZ1的输出端，产生了大约45条梳状线，其中有35个音调非常稳定，振幅相差0.1 -6dBm，如图2(a)所示。由MZ1产生的OFC通过耦合系数为0.5的光耦合器Cp与第二激光器耦合，输出如图2(b)所示。在耦合两个信号后，实现了频率的宽频带，有超过160条梳状线，其中137条是很平坦的，可以部署在光通信中。TNR在40dBm以上时，梳状线的最低频率为192.26THz，相反的较高频率为194.98THz。因此，该梳的实现带宽约为2.74THz，覆盖了大部分c波段光学。目前技术生产的OFC在高频和低频梳状线之间有0.1-6dB的振幅差，而其余的有0.1-3dB的振幅差。梳状线平整度的详细信息如图2右侧所示。综上所述，通过增加1束激光，生成的DEO梳的TNR值超过40dB。另一方面，如果单个激光源配置两个相同或不同的级联调制器，载波数量将在60个左右或小于60个。在光耦合器处引入第二个激光源，这不仅有助于提供更多的带宽，而且还有助于产生更多的梳状线。该方案可产生137个健康稳定的载波，有效带宽为2.74THz。

实施例二

图2是

本实施例提供一种基于外差锁相的光频梳发生方法，包括：

采用第一激光器发射激光；

将第一激光器发射的激光采用第一马赫-曾德尔调制器调制，所述第一马赫-曾德尔调制器调制由射频信号发生器发射的射频信号驱动；

采用第二激光器发射激光；

采用光耦合器将所述第二激光器发射的激光和所述第一马赫-曾德尔调制器调制后的光信号进行耦合，所述第二马赫-曾德尔调制器调制由射频信号发生器发射的射频信号驱动；

采用第二马赫-曾德尔调制器调制将所述光耦合器输出的光信号进行调制，调制后的信号即为光频梳。

其中，所述第一激光器、第二激光器发射的激光频率差为预设值，具体可以为1.38THz。所述第一激光器、第二激光器均为连续波激光器。所述射频信号发生器发射的射频信号相位为90°。所述光耦合器将所述第一马赫-曾德尔调制器输出的光信号和所述第二激光器发射的激光直接叠加。

本实施例与实施例一一一对应，未详尽之处参照实施例一，不再赘述。