基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，包括：一激光器；一調(diào)制器，其輸入端與激光器的輸出端連接；一半導(dǎo)體光放大器，其輸入端與調(diào)制器的輸出端連接；一耦合器，其輸入端與半導(dǎo)體光放大器的輸出端連接，其第一輸出端與連接有一光采樣示波器或自相關(guān)儀連接；一光電探測(cè)器，其輸入端與耦合器的第二輸出端連接；一電濾波器，其輸入端與光電探測(cè)器的輸出端連接；一電放大器，其輸入端與電濾波器的輸出端連接，該電放大器的輸出端與調(diào)制器的射頻調(diào)制端口連接。本發(fā)明可以改變產(chǎn)生的光脈沖的寬度；通過(guò)調(diào)諧濾波器的中心頻率可以改變光脈沖重復(fù)頻率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波光子學(xué)和光信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高重復(fù)率光脈沖廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如高速數(shù)據(jù)傳輸、高速光信號(hào)處理采樣器、全光整形等各種光通信系統(tǒng)中。正因?yàn)楣饷}沖得到如此廣泛的應(yīng)用，很多研究者已經(jīng)采用很多不同的器件來(lái)產(chǎn)生光脈沖，如用電吸收調(diào)制器、高非線(xiàn)性光纖、超長(zhǎng)半導(dǎo)體光放大器和級(jí)聯(lián)的電光調(diào)制器等。
[0003]光脈沖可以通過(guò)調(diào)Q技術(shù)、鎖模技術(shù)等得到。調(diào)Q技術(shù)所產(chǎn)生的脈沖寬度為ns量級(jí)，而鎖模技術(shù)產(chǎn)生的脈沖寬度能達(dá)到ps甚至fs量級(jí)，因此現(xiàn)在通信系統(tǒng)常用鎖模技術(shù)產(chǎn)生脈沖。激光器一般有多個(gè)不同的振蕩模式，但它們本身是不關(guān)聯(lián)、非相干的，各個(gè)模式的振幅和相位彼此獨(dú)立。如果能使得各個(gè)獨(dú)立的模式在頻率間隔保持一定、彼此之間具有確定的相位關(guān)系，則總的光場(chǎng)是各個(gè)模式光場(chǎng)的相干疊加，輸出為時(shí)間間隔一定的超短脈沖；且相干模式越多，脈沖越窄、峰值功率也越高。這種方法就稱(chēng)為鎖模。鎖模技術(shù)包括主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模技術(shù)。
[0004]文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的光脈沖產(chǎn)生方法都基于不同的光子器件，如電吸收調(diào)制器、高非線(xiàn)性光纖、超長(zhǎng)半導(dǎo)體光放大器、級(jí)聯(lián)的強(qiáng)度和相位調(diào)制器等?；诟叻蔷€(xiàn)性光纖和半導(dǎo)體光放大器的方法主要是應(yīng)用了它們的較強(qiáng)的三階非線(xiàn)性效應(yīng)產(chǎn)生四波混頻模式以達(dá)到模式間的相位鎖定。四波混頻效應(yīng)是由晶體材料的三階非線(xiàn)性極化率引起的，當(dāng)三個(gè)光場(chǎng)輸入晶體材料，在它們的光強(qiáng)足夠大時(shí)，三階非線(xiàn)性極化率會(huì)導(dǎo)致三階非線(xiàn)性極化強(qiáng)度的產(chǎn)生，從而這個(gè)三階非線(xiàn)性極化強(qiáng)度作為次波源向外輻射光場(chǎng)。在三個(gè)光波滿(mǎn)足相位匹配條件會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的三階非線(xiàn)性極化場(chǎng)，這就使得四波混頻效應(yīng)級(jí)聯(lián)發(fā)生，產(chǎn)生較多的光場(chǎng)模數(shù)。并且這種四波混頻模式梳的一個(gè)非常有用的特點(diǎn)是如果輸入光波的相位是鎖定，那么所產(chǎn)生的四波混頻模式梳相位也是鎖定的。基于這一點(diǎn)，可以采用這些四波混頻模式梳才產(chǎn)生光脈沖。然而文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的方法都是采用的兩個(gè)相位不相關(guān)的獨(dú)立激光器進(jìn)入高非線(xiàn)性光纖或者半導(dǎo)體光放大器，所產(chǎn)生的四波混頻效率就會(huì)降低，且它們的相位也無(wú)法完全鎖定，因此所產(chǎn)生的光脈沖的寬度會(huì)較寬，還會(huì)有一定的相位失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，其是基于光電振蕩器并利用半導(dǎo)體光放大器或高非線(xiàn)性光纖中的四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生光脈沖的裝置，并且通過(guò)調(diào)諧輸入光功率或半導(dǎo)體光放大器的增益，可以改變產(chǎn)生的光脈沖的寬度；通過(guò)調(diào)諧濾波器的中心頻率可以改變光脈沖重復(fù)頻率。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，包括:
[0007]一激光器；[0008]一調(diào)制器，其輸入端與激光器的輸出端連接；
[0009]—半導(dǎo)體光放大器，其輸入端與調(diào)制器的輸出端連接；
[0010]— f禹合器,其輸入端與半導(dǎo)體光放大器的輸出端連接，其第一輸出端與連接有一光采樣示波器或自相關(guān)儀連接；
[0011]—光電探測(cè)器，其輸入端與稱(chēng)合器的第二輸出端連接；
[0012]—電濾波器，其輸入端與光電探測(cè)器的輸出端連接；
[0013]—電放大器，其輸入端與電濾波器的輸出端連接，該電放大器的輸出端與調(diào)制器的射頻調(diào)制端口連接。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，其是基于光電振蕩器并利用半導(dǎo)體光放大器或高非線(xiàn)性光纖中的四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的模式梳來(lái)產(chǎn)生光脈沖的裝置，所產(chǎn)生的光脈沖的寬度可以通過(guò)調(diào)節(jié)四波混頻模式數(shù)來(lái)調(diào)諧，脈沖的重復(fù)頻率可以通過(guò)改變電濾波器的中心頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0016]圖1是本發(fā)明的產(chǎn)生光脈沖的結(jié)構(gòu)裝置示意圖。
[0017]圖2a_圖2b是所產(chǎn)生的四波混頻模式的光譜圖和光采樣示波器上看到的重復(fù)頻率為10GHz的光脈沖。
[0018]圖3a_圖3b是增大輸入光功率后得到的四波混頻模式的光譜圖和光脈沖。
[0019]圖4a_圖4b是將電濾波器16換成中心頻率為16GHz的濾波器后的四波混頻模式的光譜圖和所產(chǎn)生的重復(fù)頻率為16GHz的光脈沖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，包括:
[0021]一激光器10，輸出功率可達(dá)200毫瓦；
[0022]一調(diào)制器11，其輸入端與激光器10的輸出端連接，所述調(diào)制器11是強(qiáng)度調(diào)制器，或者是由偏振調(diào)制器與偏振控制器和起偏器共同構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制；調(diào)制器帶寬為40GHz。
[0023]—半導(dǎo)體光放大器12,其輸入端與調(diào)制器11的輸出端連接,所述該半導(dǎo)體光放大器12具有非線(xiàn)性效應(yīng)以產(chǎn)生四波混頻模式數(shù)，以產(chǎn)生窄光脈沖；
[0024]— f禹合器13,其輸入端與半導(dǎo)體光放大器12的輸出端連接,其第一輸出端與連接有一光米樣不波器14連接；
[0025]一光電探測(cè)器15，其輸入端與耦合器13的第二輸出端連接；光電探測(cè)器響應(yīng)帶寬18GHz。
[0026]一電濾波器16，其中心頻率10GHz，其輸入端與光電探測(cè)器15的輸出端連接，所述的電濾波器16的中心頻率小于光電探測(cè)器15的響應(yīng)帶寬18GHz和調(diào)制器11的響應(yīng)帶寬40GHz，且在電放大器17(增益26dB，帶寬30kHz到38GHz)的增益帶寬內(nèi)；
[0027]—電放大器17,其輸入端與電濾波器16的輸出端連接，該電放大器17的輸出端與調(diào)制器11的射頻調(diào)制端口連接。
[0028]調(diào)節(jié)激光器10的輸出光功率為30毫瓦并進(jìn)入偏振調(diào)制器11。偏振調(diào)制器11是一種特殊的相位調(diào)制器，它可以在兩個(gè)正交偏振態(tài)上對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)相反的相位調(diào)制，再經(jīng)過(guò)偏振控制器改變光的偏振態(tài)，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入起偏器的光的偏振態(tài)與起偏器的主軸成45度角。這樣兩個(gè)正交偏振態(tài)上的相位調(diào)制光信號(hào)便可以轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)，并且可以通過(guò)控制偏振控制器實(shí)現(xiàn)輸入到半導(dǎo)體光放大器中的光信號(hào)的功率的調(diào)諧。
[0029]在最開(kāi)始階段并沒(méi)有較強(qiáng)的微波信號(hào)，而都是噪聲。但每次循環(huán)后再經(jīng)過(guò)窄帶電濾波器16的選頻作用，光電振蕩器環(huán)中的頻率為窄帶電濾波器16中心頻率的電信號(hào)獲得的增益遠(yuǎn)高于頻率處信號(hào)，這樣經(jīng)過(guò)若干次循環(huán)，當(dāng)這個(gè)窄帶電濾波器16中心頻率處的電信號(hào)獲得增益高于其損耗時(shí)，光電振蕩器開(kāi)始起振并產(chǎn)生微波信號(hào)，它的頻率等于窄帶電濾波器16的中心頻率。這個(gè)微波信號(hào)加載到偏振調(diào)制器11上對(duì)輸入光信號(hào)調(diào)制。光電振蕩器環(huán)的突出優(yōu)勢(shì)是它可以產(chǎn)生相位噪聲很低的微波信號(hào)。
[0030]強(qiáng)度調(diào)制后的光信號(hào)包括一個(gè)載波和兩個(gè)邊帶，它們輸入到非線(xiàn)性半導(dǎo)體光放大器中12。由于這三個(gè)光信號(hào)的相位是相關(guān)的，因此它們很容易在半導(dǎo)體光放大器12中達(dá)到四波混頻效應(yīng)所要求的相位匹配條件，因此四波混頻效率很高，在輸入光功率足夠大的情況下可以產(chǎn)生級(jí)聯(lián)的四波混頻效應(yīng)，從而產(chǎn)生較多的四波混頻模式。
[0031]由相位相關(guān)輸入光信號(hào)產(chǎn)生的四波混頻模式的一個(gè)重要特點(diǎn)是這些模式梳的相位也是相關(guān)的，也正是基于這一點(diǎn)，可以產(chǎn)生倍頻微波信號(hào)。將這些四波混頻模式輸入到光采樣示波器或自相關(guān)儀14，由于這些模式頻率間隔一定且相位鎖定，因此能觀(guān)察到它們相干疊加而產(chǎn)生的光脈沖。脈沖的重復(fù)頻率等于輸入光信號(hào)的頻率間隔。圖三所示為所產(chǎn)生的四波混頻模式以及在光采樣示波器14中觀(guān)察到的光脈沖，其中脈沖寬度為25皮秒。
[0032]由于四波混頻效率不僅與半導(dǎo)體光放大器12的三階非線(xiàn)性極化率有關(guān)，還與輸入光功率有關(guān)，因此通過(guò)改變輸入光功率可以改變所產(chǎn)生的四波混頻的模式數(shù)。在本實(shí)施例中，我們通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器11，就可以改變輸入到非線(xiàn)性半導(dǎo)體光放大器12中的光功率，從而可以改變四波混頻模式數(shù)。當(dāng)同相相疊加的光波模式數(shù)增加時(shí)，就可以壓窄所得到的光脈沖的寬度。圖3a-圖3b是這種情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，光脈沖寬度為19皮秒，可以看出，相比圖2a-圖2b，四波混頻模式數(shù)的增加有助于壓窄脈沖寬度。
[0033]所產(chǎn)生的光脈沖的重復(fù)頻率可以通過(guò)改變光電振蕩器的振蕩頻率也即改變電濾波器16的中心頻率來(lái)改變。當(dāng)選用中心頻率為16GHz的電濾波器時(shí)，脈沖重復(fù)頻率為16GHz,圖4a-圖4b所示此時(shí)的四波混頻模式光譜圖和觀(guān)察到的脈沖。
[0034]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，包括:一激光器;一調(diào)制器，其輸入端與激光器的輸出端連接；一半導(dǎo)體光放大器，其輸入端與調(diào)制器的輸出端連接；一耦合器，其輸入端與半導(dǎo)體光放大器的輸出端連接，其第一輸出端與連接有一光采樣示波器或自相關(guān)儀連接；一光電探測(cè)器，其輸入端與稱(chēng)合器的第二輸出端連接；一電濾波器，其輸入端與光電探測(cè)器的輸出端連接；一電放大器，其輸入端與電濾波器的輸出端連接，該電放大器的輸出端與調(diào)制器的射頻調(diào)制端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，其中調(diào)制器是強(qiáng)度調(diào)制器，或者是由偏振調(diào)制器與偏振控制器和起偏器共同構(gòu)成以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，其中該半導(dǎo)體光放大器為半導(dǎo)體光放大器或高非線(xiàn)性光纖，具有非線(xiàn)性效應(yīng)以產(chǎn)生四波混頻模式數(shù)，以產(chǎn)生窄光脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光電振蕩器的光脈沖產(chǎn)生裝置，其中所述的電濾波器的中心頻率小于光電探測(cè)器和調(diào)制器的響應(yīng)帶寬，且在電放大器的增益帶寬內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01S3/11GK103647211SQ201310723798
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】李明, 黃寧博, 鄧曄, 祝寧華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所