專利名稱：產生精確波長間隔和高平坦度的多波長光源的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光通信技術領域的裝置和方法，具體的說，是一種產生精確 波長間隔和高平坦度的多波長光源的裝置和方法。
背景技術：
波分復用技術是一種新興的光通信技術，是指在一根光纖上，同時傳輸不同 波長的多個光信號。采用波分復用技術的光通信系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢1、它能充 分利用光纖的巨大帶寬資源，極大的增加光纖線路的通信容量；2、在大容量長途 傳輸時能節(jié)約大量光纖和再生器，大大降低傳輸成本；3、與信號速率及電調制方 式無關，是引入寬帶新業(yè)務的方便手段；4、利用波分復用實現(xiàn)網絡交換和恢復可 望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光層傳送聯(lián)網。5、相對相同速率的時分 復用系統(tǒng)而言，可以大大降低系統(tǒng)對光纖色散調節(jié)的要求，亦即系統(tǒng)的色散受限 距離大大延長；6、每個波長信道可以共享放大器的增益帶寬，因而節(jié)省光放大器 的投資費用，特別適合大容量長距離系統(tǒng)的擴容。波分復用技術不僅解決了容量 問題，而且刺激了大量新業(yè)務的產生，引起了學術界和工業(yè)界越來越多的關注。 超密集波分復用技術是波分復用的一種具體表現(xiàn)形式，是指在光纖中通過減小波 長間隔復用更多的信號，以進一步提高系統(tǒng)容量，通常指波長間隔小于50-GHz的 波分復用系統(tǒng)。在超密集波分復用系統(tǒng)中， 一個重要的問題是如何得到具有精確 波長間隔、高信道平坦度的多波長光源，以提高系統(tǒng)性能，減少配置成本。而基 于光子頻率相乘技術的多波長光源產生方法，因為實現(xiàn)方法簡單，波長間隔精確
穩(wěn)定，相干性好，具有很高的可擴展性。而且采用一個單波長的種子光源就可以 得到多波長光源，因而大大降低了系統(tǒng)的成本。
經對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，產生精確波長間隔和高平坦度的多波長光源 的現(xiàn)有技術中，Masamichi Fujiwara等人發(fā)表在學術出版物《IEEE Journal of lightwave technology》(《IEEE光波技術期刊》)2003年第21巻中的文章"optical carrier supply module using flatted optical multicaxrier generation based on sinusoidal amplitude and phase hybrid modulation (基 于正弦幅度和相位混合調制的平坦光載波產生方法的光載波供應模塊)"，提及 采用一個馬赫曾德強度調制器和一個相位調制器，采用光子頻率相乘技術， 一個 單波長的種子光源產生了 9個波長的多波長光源，因而減少了光源的數目和多光
源監(jiān)測的復雜性，降低了系統(tǒng)的成本。但是這個方案有如下的缺點1、產生的多 波長光源，信道的平坦性差，這將會引起波分復用傳輸系統(tǒng)的信號嚴重衰落；2、 調制信號的驅動電壓幅度很大，因此需要高功率的高速電放大器，增加了成本。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方案的缺點和不足，提出一種產生精確波長間隔 和高平坦度的多波長光源的裝置和方法，該裝置結構簡單、成本有效、性能穩(wěn)定。 本發(fā)明基于微波光子頻率相乘技術，采用一個標準的單臂馬赫曾德調制器和一個 標準的雙平行馬赫曾德調制器，通過簡單設置兩個調制器的偏置電壓，以及控制 兩個調制器驅動信號的相位和幅度，就可以得到具有精確波長間隔和高平坦度的 多波長光源。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的
本發(fā)明涉及的產生精確波長間隔和高平坦度的多波長光源的裝置，包括一 個可調種子光源、 一個射頻信號源、 一個單臂馬赫曾德調制器、 一個雙平行馬赫 曾德調制器、 一個功率分路器、三個電放大器和兩個電移相器。可調種子光源的 輸出端口連接到單臂馬赫曾德調制器的光輸入端口。射頻信號源輸出的信號進入 一個功率分路器，分成第一路射頻信號、第二路射頻信號和第三路射頻信號。第 一路射頻信號連接到第一電放大器，第一電放大器的輸出連接到單臂馬赫曾德調 制器的射頻輸入端口。單臂馬赫曾德調制器的光輸出端口連接到雙平行馬赫曾德 調制器的光輸入端口。第二路射頻信號連接到第二電放大器，第二電放大器的輸 出連接到第一電移相器的輸入端口，第一電移相器的輸出端口和雙平行馬赫曾德 調制器中第一個子調制器的射頻輸入端口相連。第三路射頻信號連接到第三電放 大器，第三電放大器的輸出連接到第二電移相器的輸入端口，第二電移相器的輸 出端口和雙平行馬赫曾德調制器中第二個子調制器的射頻輸入端口相連。最后，雙平行馬赫曾德調制器的光輸出端口連接到光頻譜儀進行測試。
所述雙平行馬赫曾德調制器，由集成在單個芯片上的兩個子調制器組成，這 兩個子調制器具有同樣的結構和性能。每個子調制器具有獨立的射頻信號輸入端 口和偏置端口。另外還有一個主偏置端口，可用來調節(jié)兩個子調制器的輸出。
本發(fā)明涉及的產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的方法，是將 一個單臂馬赫曾德單臂調制器和一個雙平行馬赫曾德調制器相互級聯(lián)，分別被低
速射頻信號驅動，通過選擇兩個調制器的偏置點分別為傳輸曲線的最高點和最低 點，以及簡單地控制調制器射頻驅動信號的幅度和相位，得到頻率間隔等于射頻 信號頻率的包含9個波長的多波長光源。本發(fā)明采用線性的光頻率相乘技術，產 生的多波長光源具有很好的頻譜純度和相位相干性，平坦度高。該技術不需要昂 貴的高功率高頻電放大器，大大降低了配置成本。
本發(fā)明上述方法包括如下具體步驟
步驟1，射頻信號源產生頻率為Ws的射頻信號，用功分器分路后得到第一路 射頻信號、第二路射頻信號和第三路射頻信號。
所述功分器分路后得到的第一路射頻信號、第二路射頻信號和第三路射頻信
號的頻率都是"S。
步驟2，頻率為Wc的單波長可調連續(xù)光，被單臂馬赫曾德調制器調制。用 第一路射頻信號驅動單臂馬赫曾德調制器，且偏置在其傳輸曲線的最高點，輸出 包含3個波長成分的光信號，分別為^C頻率成分和兩個二階諧波成分
"c±2 ,，它們的頻率間隔為2倍射頻信號頻率。其它高次諧波成分功率很低， 可以忽略不計。
步驟3，控制第一電放大器，調節(jié)第一路射頻信號的幅度，使得光載波^c和
2個二次邊帶"c + 2%和& — 的貝賽爾系數相等，因此單臂馬赫曾德調制 器輸出的3個波長成分的光功率相同。
所述貝賽爾系數可通過査詢貝賽爾函數表得到數值。
步驟4，單臂馬赫曾德調制器產生的光信號輸入到雙平行馬赫曾德調制器，分別被雙平行馬赫曾德調制器的兩個子調制器調制。
步驟5，雙平行馬赫曾德調制器的第一個子調制器偏置在傳輸曲線的最高點， 第二路射頻信號輸入到第二電放大器和第一電移相器，驅動雙平行馬赫曾德調制 器的第一個子調制器。經過頻譜搬移后，雙平行馬赫曾德調制器的第一個子調制
器輸出包含5個波長成分的光信號，分別為，+2^^ ， wc -2"5 ， We + 4d^和％ -4w,，它們的頻率間隔為2倍射頻信號頻率。其它高次諧波成分
功率很低，可以忽略不計。
步驟6，控制第二電放大器，調節(jié)第二路射頻信號的幅度，同時調節(jié)第二電移 相器，使得產生的5個波長成分的貝賽爾系數相等，因此雙平行馬赫曾德調制器 的第一個子調制器輸出的5個波長成分的光功率相同。
步驟7，雙平行馬赫曾德調制器的第二個子調制器偏置在傳輸曲線的最低點， 第三路射頻信號輸入到第三電放大器和第二電移相器后，驅動雙平行馬赫曾德調 制器的第二個子調制器。經過頻譜搬移后，驅動雙平行馬赫曾德調制器的第二個
子調制器輸出包含4個波長成分的光信號，分別為^+", ， ^c一"，， wc + 36^和- 3w,，它們的頻率間隔為2倍射頻信號頻率。其它高次諧波成
分功率很低，可以忽略不計。
步驟8，控制第三電放大器，調節(jié)第三路射頻信號的幅度，同時調節(jié)第二電移 相器，使得產生的4個波長成分的貝賽爾系數相等，因此驅動雙平行馬赫曾德調 制器的第二個子調制器輸出的4個波長成分的光功率相同。
歩驟9，設置雙平行馬赫曾德調制器的主偏置點，使得其第一個子調制器和第 二個子調制器輸出的光信號的相加，得到包含9個波長成分的光信號，分別為
^ c ， 0C ± 0, ， wc ± 26^ ， <yc ± 36^和0C ± ，它們的頻率間隔等于射
頻信號頻率。
步驟IO，將雙平行馬赫曾德調制器的輸出的信號連接到光頻譜儀，測得包含 9個波長的多載波光源。
將本發(fā)明與前文所提到的Masamichi Fujiwara等人發(fā)表的論文中所述的方法 進行比較1、本發(fā)明方法產生的多波長光源中，各個波長之間的功率變化小于0.8dB，平坦度高；Masamichi Fujiwara等人的方法產生的多波長光源中，各個波 長之間的功率變化為2dB,平坦度低，將會影響系統(tǒng)的傳輸性能。2、本發(fā)明中， 調制信號需要的最大峰峰值電壓約為10-V; Andreas Wiberg等人的方法中，調制 信號需要的最大峰峰值電壓約為15-V，實際中，高功率高頻電放大器是非常昂貴 的器件。
圖l為本發(fā)明結構框圖2為本發(fā)明實施例示意圖3為本發(fā)明實施例結果其中圖(a)是單臂馬赫曾德調制器輸出的光信號的光譜；圖(b)為雙平 行馬赫曾德調制器的子調制器A輸出的光信號的光譜；圖3 (c)雙平行馬赫曾德
調制器的子調制器B輸出的光信號的光譜；圖(d)為雙平行馬赫曾德調制器輸出
的光信號的光譜。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖l所示，本實施例的產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的 裝置包括 一個可調種子光源、 一個射頻信號源、 一個單臂馬赫曾德調制器、一 個雙平行馬赫曾德調制器、 一個功率分路器、三個電放大器和兩個電移相器?？?調種子光源的輸出端口連接到單臂馬赫曾德調制器的光輸入端口。射頻信號源輸 出的信號進入一個功率分路器，分成第一路射頻信號、第二路射頻信號和第三路 射頻信號。第一路射頻信號連接到第一電放大器，第一電放大器的輸出連接到單 臂馬赫曾德調制器的射頻輸入端口。單臂馬赫曾德調制器的光輸出端口連接到雙 平行馬赫曾德調制器的光輸入端口。第二路射頻信號連接到第二電放大器，第二 電放大器的輸出連接到第一電移相器的輸入端口，第一電移相器的輸出端口和雙 平行馬赫曾德調制器的第一個子調制器的輸入端口相連。第三路射頻信號連接到 第三電放大器，第三電放大器的輸出連接到第二電移相器的輸入端口，第二電移相器的輸出端口和雙平行馬赫曾德調制器的第二個子調制器的輸入端口相連。最 后，雙平行馬赫曾德調制器的光輸出端口連接到光頻譜儀進行測試。
所述雙平行馬赫曾德調制器，由集成在單個芯片上的兩個子調制器組成，這 兩個子調制器具有同樣的結構和性能。每個子調制器具有獨立的射頻信號輸入端 口和偏置端口。另外還有一個主偏置端口，可用來調節(jié)兩個子調制器的輸出。
如圖2所示，本發(fā)明的一種具體實施例?？烧{種子光源產生的波長為 1548. 88-nm的連續(xù)光波輸入到單臂馬赫曾德調制器。射頻信號源產生的10-GHz的 射頻信號被一個功率分路器分成三路射頻信號。第一路射頻信號用來驅動單臂馬 赫曾德調制器，調制器的偏置電壓設置為 6.2V，得到包含3個頻率成分的光信號 (圖3 U)給出了光譜儀測得的光譜)，通過控制第一電放大器，使得第一路射頻 信號放大到 10V的峰峰值電壓，此時三個頻率成分的光功率相同，它們之間的頻 率間隔為20-GHz。單臂馬赫曾德調制器輸出的光信號輸入到雙平行馬赫曾德調制 器，其中子調制器A被第二路射頻信號驅動，調制器的偏置電壓設置為 6.5V，得 到包含5個頻率成分的光信號(圖3 (b)給出了光譜儀測得的光譜)。第一電移相 器用來調節(jié)第二路射頻信號的相位，并通過控制第二電放大器，使得第二路射頻 信號放大到 10V的峰峰值電壓，此時得到的5個頻率成分的光功率相同，它們之 間的頻率間隔為20-GHz。子調制器B被第三路射頻信號驅動，偏置電壓 0.7V，得 到包含4個頻率成分的光信號(圖3 (c)給出了光譜儀測得的光譜)。第二電移相 器用來調節(jié)第三路射頻信號的相位，并控制第三電放大器，使得第三路射頻信號 放大到 6V的峰峰值電壓，此時得到的4個頻率成分的光功率相同，它們之間的頻 率間隔為20-GHz。最后，調節(jié)雙平行馬赫曾德調制器主偏置電壓為 4.2V，使得 兩個子調制器的輸出相加，最終輸出9個波長的光信號(圖3 (d)給出了用光譜儀 測得的光譜)，它們之間的頻率間隔為10-GHz 。
如圖3所示，是本發(fā)明應用于圖2所示的結果。其中，圖3 (a)是單臂馬赫 曾德調制器輸出的光信號的光譜，從光譜上可以看出，3個頻率成分的光功率幾乎 相等，它們的幅度比高階邊帶成分高出超過20-dB，這3個頻率成分的頻率間隔為 20-GHz;圖3 (b)為雙平行馬赫曾德調制器的子調制器A輸出的光信號的光譜， 從光譜上可以看出，5個頻率成分的頻率間隔為20-GHz，光功率幾乎相等；圖3(C)雙平行馬赫曾德調制器的子調制器B輸出的光信號的光譜，4個頻率成分的 光功率幾乎相等，它們的頻率間隔為20-GHz;圖3(d)為雙平行馬赫曾德調制器 輸出的光信號的光譜，9個頻率成分的光功率差只有0.8dB，它們的頻率間隔為 10-GHz。
權利要求
1.一種產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的裝置，包括一個可調種子光源、一個射頻信號源、一個單臂馬赫曾德調制器、一個雙平行馬赫曾德調制器、一個功率分路器、三個電放大器和兩個電移相器，其特征在于，其中雙平行馬赫曾德調制器由兩個子調制器組成，可調種子光源的輸出端口連接到單臂馬赫曾德調制器的光輸入端口，射頻信號源輸出的信號進入一個功率分路器，分成第一路射頻信號、第二路射頻信號和第三路射頻信號，第一路射頻信號連接到第一電放大器，第一電放大器的輸出連接到單臂馬赫曾德調制器的射頻輸入端口，單臂馬赫曾德調制器的光輸出端口連接到雙平行馬赫曾德調制器的光輸入端口，第二路射頻信號連接到第二電放大器，第二電放大器的輸出連接到第一電移相器的輸入端口，第一電移相器的輸出端口和雙平行馬赫曾德調制器中第一個子調制器的射頻輸入端口相連，第三路射頻信號連接到第三電放大器，第三電放大器的輸出連接到第二電移相器的輸入端口，第二電移相器的輸出端口和雙平行馬赫曾德調制器中第二個子調制器的射頻輸入端口相連，最后，雙平行馬赫曾德調制器的光輸出端口連接到光頻譜儀進行測試。
2、 根據權利要求1所述的產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的 裝置，其特征是，所述雙平行馬赫曾德調制器，由集成在單個芯片上的兩個子調 制器組成，這兩個子調制器具有同樣的結構和性能，每個子調制器具有獨立的射 頻信號輸入端口和偏置端口，另外還有一個主偏置端口，用來調節(jié)兩個子調制器 的輸出。
3、 一種產生精確波長間隔和高平坦度的多波長光源的方法，其特征在于，包 括如下步驟步驟1，射頻信號源產生頻率為"S的射頻信號，用功分器分路后得到第一路 射頻信號、第二路射頻信號和第三路路射頻信號；步驟2，頻率為Wc的單波長可調連續(xù)光，被單臂馬赫曾德調制器調制，用 第一路射頻信號驅動單臂馬赫曾德調制器，且偏置在其傳輸曲線的最高點，輸出包含3個波長成分的光信號，分別為"c頻率成分和兩個二階諧波成分0C ± ，它們的頻率間隔為2倍射頻信號頻率；步驟3，控制第一電放大器，調節(jié)第一路射頻信號的幅度，使得光載波^c和2個二次邊帶6 c + 2",和《c - 2",的貝賽爾系數相等，因此單臂馬赫曾德調制 器輸出的3個波長成分的光功率相同；步驟4，單臂馬赫曾德調制器產生的光信號輸入到雙平行馬赫曾德調制器，分 別被它的兩個子調制器調制；步驟5，雙平行馬赫曾德調制器的第一個子調制器偏置在傳輸曲線的最高點， 第二路射頻信號經過第二電放大器和第一電移相器后，驅動第一個子調制器，經過頻譜搬移后，第一個子調制器輸出包含5個波長成分的光信號，分別為^c，Wc + 2& ， Wc — 2& ， & + 4%和& — 4% ,它們的頻率間隔為2倍射頻信 號頻率；步驟6，控制第二電放大器，調節(jié)第二路射頻信號的幅度，同時調節(jié)第二電移 相器，使得產生的5個波長成分的貝賽爾系數相等，因此雙平行馬赫曾德調制器 的第一個子調制器輸出的5個波長成分的光功率相同；步驟7，雙平行馬赫曾德調制器的第二個子調制器偏置在傳輸曲線的最低點， 第三路射頻信號經過第三電放大器和第二電移相器后，驅動第二個子調制器，經過頻譜搬移后，第二個子調制器輸出包含4個波長成分的光信號，分別為"c + 0,，0s， 6^+3^和^—3^，它們的頻率間隔為2倍射頻信號頻率； 步驟8，控制第三電放大器，調節(jié)第三路射頻信號的幅度，同時調節(jié)第二電移相器，使得產生的4個波長成分的貝賽爾系數相等，因此雙平行馬赫曾德調制器的第二個子調制器輸出的4個波長成分的光功率相同；步驟9，設置雙平行馬赫曾德調制器的主偏置點，使得其兩個子調制器輸出的光信號的相加，得到包含9個波長成分的光信號，分別為^c ， "c± ,，we±2ws， a士3a和^c士46^，它們的頻率間隔等于射頻信號頻率；步驟IO，將雙平行馬赫曾德調制器的輸出的信號連接到光頻譜儀，測得包含9個波長的多載波光源。
4. 根據權利要求3所述的產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的方法，其特征是，所述功分器分路后得到的第一路射頻信號、第二路射頻信號和 第三路射頻信號的頻率都是Ws 。
5. 根據權利要求3所述的產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的 方法，其特征是，所述貝賽爾系數通過查詢貝賽爾函數表得到數值。
全文摘要
一種產生具有精確信道間隔和高平坦度的多波長光源的裝置和方法，屬于光通信技術領域。裝置包括一個可調種子光源、一個射頻信號源、一個單臂馬赫曾德調制器、一個雙平行馬赫曾德調制器、一個功率分路器、三個電放大器和兩個電移相器。方法為一個單臂馬赫曾德單臂調制器和一個雙平行馬赫曾德調制器相互級聯(lián)，分別被低速射頻信號驅動，通過選擇兩個調制器的偏置點分別為傳輸曲線的最高點和最低點，以及簡單地控制調制器射頻驅動信號的幅度和相位，得到頻率間隔等于射頻信號頻率的包含9個波長的多波長光源。本發(fā)明產生的多波長光源具有很好的頻譜純度和相位相干性，平坦度高，不需要昂貴的高功率高頻電放大器，大大降低了配置成本。
文檔編號G02F1/01GK101321019SQ20081004014
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權日2008年7月3日
發(fā)明者昌慶江, 蘇翼凱, 高俊明 申請人:上海交通大學