一种可调谐多波长光源及其调制方法
【专利摘要】本发明属于通信系统发射子系统，涉及一种可调谐多波长光源及其调制方法，包括波长可调谐窄带光源，偏振控制器，IQ调制器，微波信号源和功分器。激光器发出的连续光经过偏振控制器输入IQ调制器的光口，微波信号源的射频信号通过功分器分成两路，分别输入IQ调制器上下臂的微波口，根据平衡条件调节IQ调制器的上臂偏置电压、下臂偏置电压以及上下臂正弦调制信号的幅度，最后在IQ调制器的输出光口得到平坦的、间隔为f的五根光谱线，即产生的光梳。本发明中心波长及波长间间隔灵活可调，相对传统激光器阵列组成的多波长光源，具有能耗低、易调谐等特点。可广泛应用于光通信领域。
【专利说明】一种可调谐多波长光源及其调制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于密集波分复用系统的可调谐多波长光源及其调制方法。
【背景技术】
[0002]密集WDM(DWDM, Wavelength Divis1n Multiplexing)技术,就是在发射端通过复用器将多种不同波长的光载波信号汇合在一起，稱合到一根光纤里进行传输，在接收端将光波解复用，使各个波长的光载波分离并对其进行处理。其中，UDWDM信道间隔通常小于
0.2nm，可以复用超过80个不同波长的光波，这大大增加了单根光纤传输容量。
[0003]为产生超密集、光谱平坦的DWDM系统多波长光源，业界目前已有多种方法，如激光器阵列、循环频移法、基于非线性的方法以及线性调制法等。其中，激光器阵列所构成的DffDM系统光源具有输出功率高，各子载波可提供的OSNR大、覆盖波长范围及载波间隔灵活可调等优点，但由于阵列中的各激光器分立并且需要独立调节，操作上相对繁琐。另外在产生光频率梳的质量方面，由于激光器的个体差异，不同波长的光频率梳齿在线宽、频率、相位等方面具有的特性不尽相同，这些子载波间的差异将降低DWDM系统光源的相关性。而系统所需提供的光频梳间隔越窄，上述因素的影响越大。
[0004]循环频移法是一种基于连环的相位移动产生光频率梳的方法，该方法能够产生数量较多的光子载波，对于RFS循环频移系统虽然可以产生平坦的数量较多的光梳，但该方法在原理上并不适合通信系统，这是由于该方法所产生的光频率梳是由某一幅光频梳产生之后循环激发下一幅光频梳，如此循环往复才得到了所有的光频率梳齿。正是由于光频率梳并非同时产生，才使得这样的解决方案并不适用于广泛应用于光通信系统。
[0005]利用特种光纤的非线性效应，同样也可以得到根数较多的光频率梳，但这一方法需要应用到特殊光纤，成本昂贵。此外，该方法最大的短板在于其产生的光频率梳间隔固定且不可调，灵活性相对较差。
[0006]锁模激光器也是光源的解决方案之一，但该方法产生的不同的频谱分量间的相位是恒定的，所以产生的光载波频率间隔是高度精确恒定的，无法调节。由于光路上小的光程抖动都会引起这种光源输出光频梳极大的不稳定性，所以需要极其复杂的控制系统来保持输出光频的稳定。
[0007]线性调制种子光源的方法天然适合作为密集波分系统的光源，线性调制法是利用线性器件对种子光进行调制，所得到的光频率梳各梳齿由于经过的是线性过程，光源的相干性较好。且梳齿之间的频率间隔取决于独立的射频调制信号源，所得到的光源的波长覆盖及频率间隔灵活可调谐，是最实用的密集波分复用系统的光源解决方案。然而目前的线性调制种子光源解决方案大多利用的是分立的光调制器，采用独立的强度调制器(頂)或相位调制器(PM)级联的方法产生光频梳。如利用两个相位调制器和啁啾光纤光栅产生15波长IdB的功率波动的光梳；采用两个级联的强度调制器和两个相位调制器实现了 38波长的功率波动为IdB的光频梳等。有的还需要多个同步的射频信号源提供不同频率的调制信号。这样，存在系统能耗大，成本高的缺陷。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种可调谐多波长光源及其调制方法，以克服现有线性调制技术所存在的系统能耗大，成本高的缺陷。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供一种可调谐多波长光源，包括:
[0010]波长可调谐窄带光源，用于产生种子光；
[0011]偏振控制器，用于调节所述种子光的输出偏振光到合适的偏振态；
[0012]IQ调制器，内部集成了上下臂两个MZM调制器，一个相移器，两个可调谐微波放大器以及控制偏压的直流电源，用于对所述偏振控制器输出的偏振光进行调制，产生多波长光源；
[0013]微波信号源，用于产生调制信号，并通过电缆输入所述IQ调制器；
[0014]功分器，用于将所述微波信号源产生的调制信号功率均分，并分别输入IQ调制器的上下臂。
[0015]本发明同时提供上述可调谐多波长光源的调制方法，步骤如下:
[0016]调节窄带种子光源至指定波长；
[0017]调节所述偏振控制器，使种子光达到合适的线性偏振态；
[0018]所述线性偏振光进入所述IQ调制器；
[0019]所述微波信号源产生调制信号，根据系统所需的光子载波间隔调节微波信号的输出频率，使所述微波信号输出频率与光子载波间隔一致；
[0020]将所述微波信号源产生的调制信号功率均分，并分别输入所述IQ调制器的上下臂，所述IQ调制器的上下臂分别以微波信号对进入IQ调制器的线性偏振光进行调制，包括:
[0021]调节所述IQ调制器上臂偏压至输出功率最高，固定上臂偏压；调节所述IQ调制器下臂偏压至输出功率最高及最低，分别记录对应的偏压，取两个偏压的中间值，固定下臂偏压；
[0022]分别调节所述IQ调制器上臂、下臂MZM调制器的正弦调制信号幅度；
[0023]调节所述IQ调制器内部的相移器，使上下臂相移差为零。
[0024]优选的，微调IQ调制器上下臂的偏压，使上下臂输出的各谱线功率一致。
[0025]此时在IQ调制器的输出光口得到平坦的、间隔为f的五根光谱线，即产生的光梳。
[0026]本方法通过设定特定频率的微波信号产生灵活可调谐的密集光梳，通过调节调制器的偏置电压激发部分边带，可实现平坦的光频梳。由于利用了集成的IQ调制器，能够简化系统的配置，此外利用了一个微波信号源产五个等间隔的光载波，相对于利用多个调制器级联及多个微波源共同产生光频梳的方案而言降低了系统能耗、易调谐，同时，具有成本低的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0028]图1为本发明的可调谐多波长光源的结构示意图。
[0029]图2为本发明的可调谐多波长光源的光谱调制演变图。图中，Bias1及Bias2分别表示上下臂调制器偏压，PS (power splitter)为微波功分器,RF (rad1 frequency)为微波射频源，Phase Shifter为相移器。
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，本发明的可调谐多波长光源包括DFB激光器1，IQ调制器2，可调谐微波信号源3,偏振控制器4和功分器5。
[0031]DFB激光器I作为波长可调谐窄带光源，用于产生种子光。偏振控制器4用于调节种子光的输出偏振光到合适的偏振态。IQ调制器2，内部集成了上下臂两个MZM，一个相移器，两个可调谐微波放大器以及控制偏压的直流电源，用于对所述偏振控制器输出的偏振光进行调制，产生多波长光源。微波信号源3，用于产生调制信号，并通过电缆输入所述IQ调制器；功分器5，用于将微波信号源产生的调制信号功率均分，并分别输入IQ调制器的上下臂。
[0032]本发明的整体调制方法为:DFB激光器I发出的连续光经过偏振控制器4调节种子光的输出偏振光到合适的偏振态，然后输入IQ调制器2的光口，微波信号源3输出频率为f的射频信号通过功分器5分成两路，分别输入IQ调制器2上下臂的微波口，调节IQ调制器2上臂偏置电压使上臂工作在载波抑制状态，调节IQ调制器2下臂的偏置电压使下臂调制器处于工作在传输曲线线性点，调节IQ调制器上臂、下臂MZM调制器的正弦调制信号幅度；最后在IQ调制器的输出光口得到平坦的、间隔为f的五根光谱线，即产生的光梳。
[0033]结合图2所示，本发明的可调谐多波长光源的具体调制方法，包括步骤如下:
[0034]1、调节窄带种子光源至指定波长。
[0035]2、使种子光达到合适的线性偏振态。
[0036]3、线性偏振光进入IQ调制器。
[0037]4、微波信号源产生调制信号，并根据实际应用所需光频梳频率间隔设置微波源信号的输出信号频率，如所需光频梳频率间隔为f，则设置微波信号源输出频率为f的正弦信号。
[0038]5、将微波信号源产生的调制信号功率均分，分别输入IQ调制器的上下臂。
[0039]6、IQ调制器的上下臂分别以频率为f的微波信号对进入IQ调制器的线性偏振光进行调制，具体包括:
[0040]6-1、调节IQ调制器内部的相移器，使上下臂相移差为零；
[0041]6-2、调节IQ调制器上臂偏置电压Bias1至输出功率最高，固定上臂偏置电压，使IQ调制器上臂工作在载波抑制状态；调节IQ调制器下臂偏置电压至输出功率最高及最低，分别记录对应的偏压，取两个偏置电压的中间值，固定下臂偏置电压，使IQ调制器下臂工作在传输曲线线性点；
[0042]6-3、分别调节IQ调制器上臂、下臂MZM调制器的正弦调制信号幅度；IQ调制器上臂、下臂MZM调制器的正弦调制信号幅度的工作原理如下:
[0043]IQ调制器上臂工作在载波抑制状态，输出光可表示为:
[0044]Eoutl (t) = Einl.J1 (Iii1) [sin (ω 0- ω) t+sin (ω 0+ ω) t]
[0045]其中，E—Jt)为IQ调制器上臂输出光的时域信号，Einl (t)为上臂的输入光信号，即幅度为种子光信号的一半，相位信息同种子光相同，Hi1 = Vefi* π Λπ，Vkfi为IQ调制器上臂的正弦调制信号幅度，νπ为调制器上臂的半波电压。J1(Hl1)为叫的一阶贝塞尔函数，为种子光角速度，ω为正弦调制信号的角速度。经过调制可在上臂输出端得到两根关于中心频率对称、频率间隔为2f的光谱线。
[0046]IQ调制器下臂工作在传输曲线线性点，则下臂输出光可表示为:
[0047]Eout2 (t) = Einl.{J0(m2)cosco0t+J2(m2).[cos (ω 0+2 ω) t+cos (ω 0-2 ω) t]}
[0048]其中，Ewt2 (t)为IQ调制器下臂输出光的时域信号，m2 = Vkf2* Ji/Vji，Vkf2S IQ调制器下臂的正弦调制信号幅度，Vn为调制器下臂的半波电压。Jci(Hl2)为Hl2的零阶贝塞尔函数，J2 (HI2)为HI2的二阶贝塞尔函数，COci为种子光角速度，ω为正弦调制信号的角速度。在偏置点下臂输出端得到三根关于中心载波对称、频率间隔为2f的光谱线。
[0049]根据Jtl (m2) = J2 (m2)求得m2,根据Vkf2 =π得出下臂调制器的正弦调制信号幅度Vef2,通过J1 (HI1) = J0 (m2)计算出IIi1及相对的Vefi = IIi1^V11/ π，即得出上臂调制器的正弦调制信号幅度Vkfi。
[0050]根据上面计算得到的上臂调制器的正弦调制信号幅度Vkfi以及下臂调制器的正弦调制信号幅度Vkf2即为调节IQ调制器上臂、下臂MZM调制器的正弦调制信号幅度调制目标值。
[0051]7、微调所述IQ调制器上下臂的偏压，使上下臂输出的各谱线功率一致。
[0052]8、在IQ调制器输出端(a)处获得上下臂光场的叠加，形成五根平坦的光谱线，即五个光载波。
[0053]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种可调谐多波长光源，其特征在于，包括: 波长可调谐窄带光源，用于产生种子光； 偏振控制器，用于调节所述种子光的输出偏振光到合适的偏振态； IQ调制器，内部集成了上下臂两个MZM调制器，两个可调谐微波放大器，一个相移器，以及控制偏压的直流电源，用于对所述偏振控制器输出的偏振光进行调制，产生多波长光源； 微波信号源，用于产生调制信号，并通过电缆输入所述IQ调制器； 功分器，用于将所述微波信号源产生的调制信号功率均分，并分别输入IQ调制器的上下臂。
2.—种权利要求1所述的可调谐多波长光源的调制方法，其特征在于，包括如下步骤: 调节窄带种子光源至指定波长； 使种子光达到合适的线性偏振态； 所述线性偏振光进入所述IQ调制器； 所述微波信号源产生调制信号，根据系统所需的光子载波间隔调节微波信号的输出频率，使所述微波信号输出频率与光子载波间隔一致； 将所述微波信号源产生的调制信号功率均分，并分别输入所述IQ调制器的上下臂，所述IQ调制器的上下臂分别以微波信号对进入IQ调制器的线性偏振光进行调制，包括: 调节所述IQ调制器上臂偏压至输出功率最高，固定上臂偏压；调节所述IQ调制器下臂偏压至输出功率最高及最低，分别记录对应的偏压，取两个偏压的中间值，固定下臂偏压；分别调节所述IQ调制器上臂、下臂MZM调制器的正弦调制信号幅度； 调节所述IQ调制器内部的相移器，使上下臂相移差为零。
3.根据权利要求2所述的可调谐多波长光源的调制方法，其特征在于，微调所述IQ调制器上下臂的偏压，使上下臂输出的各谱线功率一致。
【文档编号】H04B10/548GK104333419SQ201410498812
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】唐明, 林睿, 冯振华, 付松年 申请人:华中科技大学