一种基于光学频移回路的光学频率梳产生方法与流程

本发明涉及光学频率梳的产生技术领域，特别是涉及一种基于光学频移回路的光学频率梳的产生技术。

背景技术：

光学频率梳(ofc)是一种高效、高质、高功率的稳定光源，其光谱由频率等间距分布的离散谱线构成。ofc技术作为新型技术，在超高精度检测、化学成分快速探测、任意波形产生、超级激光器构造以及长距离通信等方面有着广泛应用。

目前，ofc的产生技术已经取得了显著地成就。但纵观现有方案，可以发现ofc产生方法在降低复杂度和成本方面仍需改善。因此，本文提出了一种基于频移器的光学频率梳产生方法。关键器件只需一个光源和一个频移器，就可以获得新的谱线，具有结构简单、器件利用率高等优点。利用光学回路，每次回路将光谱频移相同间距后与种子光源耦合，将光谱带宽拓展到很宽范围。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种基于频率器的光学频率梳的产生方法。本发明产生了平坦度很好的宽光学频率梳，并且克服了现有ofc产生技术中复杂度高、成本高的问题。

技术方案：本发明的方法所需器件少，关键器件为一个窄线宽可调谐激光器、一个频移器和一个edfa。引入了光学频移回路，提高了器件利用率，降低了方案成本。而光学频移回路，可实现新光谱与种子光源耦合，很大程度上拓展了光学频率梳的带宽。另外，edfa在c波段具有较为平坦的增益谱，可以将回路中的新光谱功率放大到种子光源水平，提高光谱平坦度。

本发明的一种基于频移器的光学频率梳产生方法包括如下步骤：

步骤1.将可调谐激光器发出的频率为f0的单频光源，作为种子光源注入到光学回路中，经过频移器，种子光源的频率偏移了δf大小，产生了频率为f0+δf的新频率谱线；

步骤2.在回路中放置掺铒光纤放大器edfa用来补偿光信号的损耗，将新频率谱线功率放大至种子光源水平；

步骤3.将被放大的新频率谱线与种子光源通过光学耦合器耦合，作为新的光源频谱，将新的光源频谱重新注入到光回路的频移器中，输出两条频率分别为f0+δf和f0+2δf的谱线；

步骤4.重复以上的步骤3，随着循环次数的增加，谱线数目不断增多，直到光路达到稳态。

步骤5.在回路中引入光学滤波器，光学滤波器中心频率为稳态光谱平坦段的中心频率，带宽为稳态光谱平坦段带宽，滤出平坦度较好的光学频率梳。

其中：

所述的种子光源由可调谐、窄线宽的激光器发出，其中心频率可调谐范围覆盖c波段。

所述的掺铒光纤放大器edfa为c波段增益平坦的放大器。

所述的光学滤波器中心频率可调谐、可滤出带宽宽。

所述的频移器频移损耗低，频移波长可调谐。

有益效果：本发明提出的光学频率梳的产生方法，简单有效，成本低，且保持了平坦度和带宽上的优势。

创新之处在于：

(1)利用频移器，取代了广泛运用的调制器，来产生新的光谱。产生的新谱线功率和线宽等光学性质稳定，在提高平坦度上更有前景。

(2)采用的edfa平坦增益谱范围广，且覆盖了光通信中使用率最高的c波段，可以产生高功率、宽带宽的c波段光学频率梳。

(3)引入光学回路，提高了光器件的利用率，为拓展了光谱带宽带来了无限可能。

(4)操作简单，无需复杂的参数控制，仅需保证种子光源的波长为edfa的平坦增益谱起始波长。

附图说明

图1为本发明基于频移器的光学频率梳的产生装置的结构图。

其中有：可调谐激光器tld，2*2光学耦合器oc，频移器，光学滤波器，掺铒光纤放大器edfa，光谱分析仪osa。

图2为光学频移回路达到稳态时输出的光谱图(无滤波器)。

图3为光学频移回路达到稳态时输出的光谱图(引入滤波器)。

具体实施方式

本发明设计了一种光学频率梳的产生方法，是基于频移器的，并引入光学回路降低成本，提高器件利用率。该光路包括一个可调谐光源、一个频移器、一个edfa和一个滤波器。种子光源由可调谐激光器发出，波长为edfa的平坦增益谱起始波长。频移器频移范围可调谐，损耗低。

本发明的方法包括如下步骤：可调谐激光器发出一束单频光，作为种子光源注入到光学回路中，波长为edfa增益谱平坦范围起始波长。经过频移器偏移了δf大小，产生了频率为f0+δf的新谱线。回路中的edfa将新频率谱线功率放大至种子光源水平。被放大的新谱线与种子光源耦合，构成新的光源频谱。新光谱重新注入到光回路的频移器中，光谱每次经过光学回路就会新增一条频率谱线。经过光学滤波器，滤出平坦度较好的光谱段。产生的光学频率梳在平坦度和光谱带宽上均具有优势。利用光谱分析仪观察得到的光学频率梳，并通过计算得到其光谱带宽和平坦度值。

下面结合实例对光学频率梳的产生方法作进一步阐述。

实施例一

1、设置器件参数：激光器功率0dbm、线宽10mhz、噪声阈值-100dbm、静态噪声3dbm；频移器频谱频移量100ghz；光学滤波器中心频率193.2thz、带宽2.5thz；掺铒光纤放大器的纤芯直径2.2μm，铒离子的掺杂直径2.2μm，铒离子亚稳态寿命10ms，数值孔径0.24，铒离子浓度1×10²⁵m^-3，光纤在1550nm处损耗0.1db/m，980nm处损耗0.15db/m，光纤长度0.68m，前向泵浦功率100mw，前向泵浦波长980nm，噪声中心频率193.4thz，噪声带宽13thz。

2、种子光源为192thz，经过频移器频移了100ghz，输出192.1thz的新谱线，经过edfa放大功率补偿损耗，与频率为192thz的种子光源耦合，作为新的种子光源再次注入到光回路中。种子光源在回路中不断频移拓宽，达到稳态后得到了8thz，覆盖范围192thz～200thz频段的光谱(见附图2)。

3、在光回路中放置光学滤波器，矩形光学滤波器中心频率193.2thz、带宽2.5thz，滤出2.5thz且平坦度为1.95db的光谱；(见附图3)。

技术特征：

技术总结
本发明是一种基于光学频移回路的光学频率梳产生方法，该方法包括如下步骤：可调谐激光器发出一束频率为f0的可调谐光源，作为种子光源注入到光学回路中，经过频移器，种子光源的频率偏移了Δf大小，产生了频率为f0+Δf的新谱线；回路中的EDFA用来补偿光信号的损耗，将新频率谱线功率放大至种子光源水平，被放大的新谱线与种子光源耦合，构成新的光源频谱。新光谱由功率近似相同，频率间距为Δf的两条谱线组成。新光谱重新注入到光回路的频移器中，光谱每次经过光学回路就会新增一条频率谱线。经过多次循环，谱线数量不断增加，直到回路达到稳态；通过光学滤波器，滤出平坦度较好的光谱段。该方法简单有效，产生的光学频率梳在平坦度和光谱带宽上均具有优势。

技术研发人员：李培丽;曹洵源;于涛;孔林阳;高迪
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2017.06.14
技术公布日：2017.09.08