专利名称：基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生器和方法
技术领域：
本发明涉及一种基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生器和方法，克服了现有梳状谱发生技术为了生成平坦的梳状谱的系统稳定性、复杂性、可靠性，同时还缓解了循环移频方式中放大器自发噪声干扰(ASE)对谱线带来的影响。
背景技术：
国际上对梳状谱发生器的探讨从上一世纪九十年代开始，但进展十分缓慢，鲜有适合于真实应用的方案。目前仅有以下几种方法来实现平坦梳状谱的梳状谱发生器
I)光学方式该方式采用锁模激光器，对调制生产的各个边模进行处理。由于原理简单，从上一世纪九十年代开始，国内外对梳状谱发生器的研究基本都围绕此原理展开。但就取得的效果来看，基本以实验室理想环境下的可实现为主，实现了温控的商业化产品以及专利完全没有。从系统结果的角度来看，系统复杂且器件价格极贵，也很难实现基于此方式·的梳状谱发生器的商业化、实用化。2)采用WSS波长选择开关的梳状谱发生器由于EDFA的ASE噪声累计所造成的影响，利用单边带循环移频方法产生噪声累计的现象，导致能产生的子载波个数小于50根，采用WSS波长选择开关和环路调制结合的梳状谱发生器，主要采用环路产生不平坦的梳状谱，然后利用WSS波长选择开关对各个梳状谱所在频率进行可编程滤波，将原本不平坦的梳状谱调整为平坦的梳状谱。3)移频生成方式该方案主要利用了调制器载波抑制调制方式，系统需要两个调制器以及一个双向的光滤波器，系统结构也较为复杂，但是经过环路循环可以满足产生多根谱线的要求，同时可以结合方法2，可以实现产生多根且平坦的谱线。现有梳状谱发生器技术很难满足稳定、平坦、结构简单等关键要求，还有许多问题仍待解决。而锁模方式根本不适合商业化、实用化的梳状谱发生器。所以梳状谱发生器应该采用后面两种等基于调制的方法。因此就需要发明一种能够生成平坦、稳定的光梳状谱的梳状谱发生器。
发明内容
本发明的目的在于解决能够生成平坦、稳定的光梳状谱，提供一种基于双根谱线循环移频方式梳状谱线发生器和方法，该发生器产生的多根谱线足够平坦，且减小了激光器自发噪声累积对谱线产生的干扰，适用于实用产品的开发。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生器，包括外腔激光器、四倍频系统、循环移频环路系统、偏振控制器和3dB耦合器。其特征在于所述外腔激光器(ECL)与所述四倍频产生双根谱线系统相连，该四倍频系统是一个级联的双电极Mach-Zehnder调制器，其结构为外腔激光器(ECL)的输出光进入级联的双电极Mach-Zehnder调制器，级联的双电极Mach-Zehnder调制器的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器的一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源输出的余弦射频信号，并使那条臂上的直流电极接地；该双电极Mach-Zehnder调制器的另外一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源输出的并经▼移相器移相的反向的余弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地；级联的双电极Mach-Zehnder调制器的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器的一条臂上的RF电极输入
由余弦微波信号源产生的并经I移相器移相的正弦射频信号，并也使那条臂上的直流电
极接地；该双电极Mach-Zehnder调制器的另一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源
产生的并经·移相器和移相器移相的反向的正弦射频信号，并使该条臂上的直流电极 2π
接地。级联的双电极Mach-Zehnder调制器的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器的调制输出经过一个 T移相器的移相与级联的双电极Mach-Zehnder调制器的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器的调制输出。与3dB耦合器的一个输入端相连；而经过所述循环移频环路系统调制后的信号经偏振控制器(PC)与3dB耦合器的另一个输入端相连。所述循环·移频环路系统是3dB稱合器的一个输出端与光频谱分析仪(OSA)相连，3dB稱合器的一个输出端与另一个级联的双电极Mach-Zehnder调制器相连。相连所述的另一个级联的双电极Mach-Zehnder调制器的结构与前面讲到的级联的双电极Mach-Zehnder调制器的结构类似，只是余弦微波信号源频率不同，而且双电极Mach-Zehnder调制器的两个DD-MZM上
臂的直流电极加上G的电压，此级联的双电极Mach-Zehnder调制器的输出端与半导体光
放大器(SOA)的输入端相连接。所述的半导体光放大器(SOA)的输出端与一个光滤波器(Optical Filter)的输入端相连接,所述的光滤波器(Optical Filter)的输出端与可调延时线(Delay Line)的输入端相连接,所述的可调延时线(Delay Line)的输出端通过环路链路光纤连接到所述的偏振控制器(PC)。基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生方法，采用上述的基于循环移频方式的梳状谱发生器进行操作，其特征在于在基于一根谱线循环移频的基础上，利用IQ调制器四倍频的方法首先产生两根相关的谱线，经过由3dB耦合器、双电极Mach-Zehnder调制器、半导体光放大器(S0A)、光滤波器(Optical Filter)和偏振控制器(PC)组成的循环移频环路系统。梳状谱的根数由光滤波器(Optical Filter)的带宽决定，当梳状谱频率超过了光滤波器(Optical Filter)的通带,则不会再有新的频率成分的梳状谱生成。以下对本发明的原理作进一步的说明
如附图
I所示，外腔激光器(ECL) (3)与一个四倍频产生双根谱线系统相连，四倍频系统由一个双电极Mach-Zehnder调制器(I)完成，其结构为外腔激光器(ECL) (3)的输出光进入级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I),其中级联的双电极Mach-Zehnder调制器的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’ )的一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源(1-1)输出的余弦射频信号，并使那条臂上的直流电极接地；级联的双电极Mach-Zehnder调制器的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器的另外一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源输出的并经V移相器(1-2)移相的反向的余弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地；级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’’)的一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源(1-1)产生的并经I移相器(1-3)移
相的正弦射频信号，并也使那条臂上的直流电极接地；级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’’)的另一条臂上的RF电极输入由余弦
微波信号源产生的并经$移相器(1-3)和移相器(1-4)移相的反向的正弦射频信号，并
2
使该条臂上的直流电极接地。级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’’)的调制输出经过一个^移相器(1-5)的移相与级联的双电极Mach-Zehnder调制器的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’)的调制一起输出。则四倍频方式的级联双电极Mach-Zehnder调制器的调制特性为 E扭(t) = EceJlaJ+Mtl f； 2 Ifii )(^(4"~2)^ 切'_—2 W)
生成的谐波成分有A(A)，Λ(A)，Λο(Α)以4为周期的谐波成分，^2(A)的最大值远远大于 (ρ-, , T / 的值，其中爲， 为激光器输出的光载波角频率，激光
J6 (A) ^io(A)Kl asCΦ( )
相位噪声。所以第一个级联的双电极Mach-Zehnder调制器的调制特性可以简化为
EJi) = ￡>Λ ^+φ( )]·/2 (爲)(r/2￥ +
根据之前一根循环移频基础的推算，我们知道第二个级联的双电极Mach-Zehnder (2)调制器的调制特性可以简化为
KM 二狀
其中爲=￥。
匕2第一次循环时，第一支双电极Mach-Zehnder调制器(O的输出电场信号经过3dB f禹合器(4) f禹合后，得到的输出为
E0Ut_3dBA(t) = EceJW+<HtIJ2(Pl)Iej2a^ +e_J'2ia^)· —j，该信号经过MZM调制
器(2)、SOA放大器(5)(用系统链路增益Gss定义其应该放大的倍数)以及一个带通滤波器
(6)(能通过载波生产的16根谱线的宽度)，并且假定该环路延时为τ，则系统输出为
S'
丨 CO = Eeeslmt~n+*Μγ- GJi 俱一 +
第二次循环时，3dB I禹合器输出已经包括了一次循环移频产生的一次谐波，稱合输出的是这个一次谐波与第一支MZM输出信号的叠加。
权利要求
1.基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生器，包括外腔激光器(3)、四倍频系统、循环移频环路系统、偏振控制器(9)和3dB耦合器(4);其特征在于所述外腔激光器(3)与所述四倍频产生双根谱线系统相连，该四倍频系统是一个级联的双电极Mach-Zehnder调制器(1)，其结构为外腔激光器(ECL) (3)的输出光进入级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)，级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’)的一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源(1-1)输出的余弦射频信号，并使那条臂上的直流电极接地；该双电极Mach-Zehnder调制器(I’)的另外一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源(1-1)输出的并经τ移相器(1-2)移相的反向的余弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地；级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’’)的一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源(1-1)产生的并经f移相器(1-3)移相的正弦射频信号，并也使那条臂上的直流电极接地；该双电极Mach-Zehnder调制器(I’’)的另一条臂上的RF电极输入由余弦微波信号源产生的并经*移相器(1-3)和τ移相器(1-4)移相的反向的正弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地；所述级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的下面一只双电极Mach-Zehnder调制器(Γ ’ )的调制输出经过一个7T移相器(1-5)的移相与级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的上面一只双电极Mach-Zehnder调制器(I’)的调制输出，与3dB f禹合器(4)的一个输入端相连；而经过所述循环移频环路系统调制后的信号经偏振控制器(9)与3dB耦合器(4)的另一个输入端相连；3dB耦合器(4)的一个输出端与光频谱分析仪(10)相连；所述循环移频环路与系统是3dB f禹合器(4)的一个输出端与另一个级联的双电极Mach-Zehnder调制器(2)相连；该级联的双电极Mach-Zehnder调制器(2)的结构与前面讲到的级联的双电极Mach-Zehnder调制器(I)的结构类似，只是余弦微波信号源频率不同，而且双电极Mach-Zehnder调制器(2)的两个DD-MZM (2’、2’’)上臂的直流电极加上 (2_6)的电压，此级联的双电极Mach-Zehnder调制器(2)的输出端与半导体光放大器(5)的输入端相连接；所述的半导体光放大器(5)的输出端与一个光滤波器(6)的输入端相连接,所述的光滤波器(6)的输出端与可调延时线(7)的输入端相连接，所述的可调延时线(7)的输出端通过环路链路光纤(8)连接到所述的偏振控制器(9)。
2.一种基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生方法，采用根据权利要求I所述的基于双根循环移频方式的梳状谱发生器进行操作产生，其特征在于在基于一根循环谱线循环移频的基础上，利用IQ调制四倍频的方法，首先产生两根相关的谱线，经过由3dB耦合器(4)、级联的双电极Mach-Zehnder调制器(2 )、半导体放大器(5 )、光滤波器(6 )和偏振控制器(9)组成的循环移频环路系统，梳状谱的根数由光滤波器(6)的带宽决定，当梳状谱频率超过了光滤波器(6)的通带，则不会再有新的频率成分的梳状谱生成。
全文摘要
本发明涉及基于双根谱线循环移频方式的梳状谱发生器和方法，本系统包括四倍频系统、循环移频环路两部分。四倍频系统由级联的双电极Mach-Zehnder调制器、余弦微波信号源、移相器、移相器构成；循环移频环路由3dB耦合器、偏振控制器(PC)、级联的双电极Mach-Zehnder调制器、余弦微波信号源、移相器、移相器、半导体光放大器(SOA)、光滤波器(OpticalFilter)、可调延时线(DelayLine)、直流偏置电源以及一段任意长度但尽可能短的光纤构成。本系统采取了先通过四倍频系统产生两根间距为12.5GHz的平坦光谱，然后再送入环路中进行循环移频，每两根谱线通过环路进行下变频，依次循环，通过SOA来对功率进行补偿，最后由光滤波器的滤出所需的16根平坦谱线。
文档编号H01S3/10GK102946283SQ20121043413
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者宋英雄, 李海宁, 姜鹏, 林如俭, 张 林, 李迎春, 陈健 申请人:上海大学, 上海凌云天博光电科技有限公司