光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置與方法。該裝置由第二功分器、放大器、移相器、第一功分器與延遲線順序相連構(gòu)成電增益環(huán)腔并產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器、直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光分路器、光接收模塊、第一功分器、延遲線、第二功分器順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路中；當(dāng)該兩個環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由第三功分器輸出微波信號，同時光路經(jīng)光分路器輸出經(jīng)微波信號調(diào)制的光頻信號；采用MZM調(diào)制器將微波信號再次調(diào)制到該光頻信號上獲得等間距譜的光頻信號，通過電壓調(diào)節(jié)移相器改變光頻信號的譜間隔，經(jīng)EDFA飽和放大獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、性能穩(wěn)定。
【專利說明】光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光頻測量的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置 與方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著以鎖模飛秒激光器為核心的光學(xué)頻率梳技術(shù)的成熟，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光 學(xué)頻率測量、高速異步光學(xué)采樣、絕對距離測量以及天文光譜的波長校準(zhǔn)等領(lǐng)域.尤其在 光頻測量領(lǐng)域中，光學(xué)頻率梳已成為迄今為止最有效的絕對光學(xué)頻率測量工具，它可以將 銫原子微波頻標(biāo)與光頻標(biāo)準(zhǔn)確、可靠且相對簡單地直接聯(lián)系起來。在可見到近紅外區(qū)域，可 實現(xiàn)以銫原子微波頻標(biāo)作為參考的任意光學(xué)頻率合成。
[0003] 傳統(tǒng)鈦寶石光頻梳是目前光頻測量領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛并且技術(shù)最為成熟的系統(tǒng)， 但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本昂貴、難于維護(hù)以及對工作環(huán)境要求苛刻等問題，目前 很難適應(yīng)光頻測量領(lǐng)域?qū)啽氵\(yùn)行及長期連續(xù)測量的訴求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的 裝置與方法，以獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，包 括光端設(shè)備和電端設(shè)備，所述光端設(shè)備包括直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光分路器、光 接收模塊和MZM調(diào)制器，其中直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器和光分路器通過光纖順序相 連，光分路器的一個輸出端通過光纖接入光接收模塊、光分路器的另一輸出端通過光纖與 MZM調(diào)制器的一個輸入端相連；所述電端設(shè)備包括第一功分器、放大器、移相器、延遲線、第 二功分器、第三功分器，其中光接收模塊的輸出端接入第一功分器的一個輸入端，第一功分 器的輸出端通過延遲線接入第二功分器輸入端，第二功分器的一個輸出端順次通過放大 器、移相器接入第一功分器的另一個輸入端，第二功分器的另一個輸出端接入第三功分器， 第三功分器的一個輸出端接入直接調(diào)制DFB激光器、第三功分器的另一個輸出端接入MZM 調(diào)制器的另一個輸入端；
[0006] 所述第二功分器、放大器、移相器、第一功分器與延遲線順序相連構(gòu)成電增益環(huán) 腔，該電增益環(huán)腔產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器、直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光 分路器、光接收模塊、第一功分器、延遲線、第二功分器順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路中； 當(dāng)電增益環(huán)腔和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光 電振蕩器環(huán)路的電端即第三功分器的輸出端輸出微波信號，同時光路經(jīng)光分路器輸出經(jīng)微 波信號調(diào)制的光頻信號；采用MZM調(diào)制器將微波信號再次調(diào)制到該光頻信號上，由于光電 振蕩器環(huán)路輸出的光頻信號攜帶射頻信號的多次諧波，調(diào)制后獲得等間距譜的光頻信號， 通過電壓調(diào)節(jié)電增益環(huán)腔中的移相器改變光頻信號的譜間隔，在MZM調(diào)制器的輸出端外接 摻鉺光纖放大器對光頻信號進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。
[0007] -種光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的方法，將光電振蕩器產(chǎn)生的射頻信號調(diào)制到光 電振蕩器產(chǎn)生的光頻信號上，得到更多頻率間隔等距的光學(xué)頻率梳，步驟如下：
[0008] 步驟1，第二功分器、放大器、移相器、第一功分器與延遲線順序相連構(gòu)成電增益環(huán) 腔，該電增益環(huán)腔產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器、直接調(diào)制DFB激光器、光衰減器、光分 路器、光接收模塊、第一功分器、延遲線、第二功分器順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路中；
[0009] 步驟2,當(dāng)電增益環(huán)腔和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻 率被選出，由光電振蕩器環(huán)路的電端即第三功分器的輸出端輸出微波信號，同時光路經(jīng)光 分路器輸出經(jīng)微波信號調(diào)制的光頻信號；
[0010] 步驟3,采用MZM調(diào)制器將微波信號再次調(diào)制到該光頻信號上，由于光電振蕩器環(huán) 路輸出的光頻信號攜帶射頻信號的多次諧波，調(diào)制后獲得等間距譜的光頻信號，通過電壓 調(diào)節(jié)電增益環(huán)腔中的移相器改變光頻信號的譜間隔，在MZM調(diào)制器的輸出端外接摻鉺光纖 放大器對光頻信號進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：（1)將射頻信號通過馬赫-曾德爾調(diào)制器 (MZM調(diào)制器）調(diào)制到光電振蕩器產(chǎn)生的光域信號上，在光電振蕩器得到攜帶微波信號多次 諧波的光頻信號基礎(chǔ)上，再調(diào)制后得到了更多等頻率間距、性能穩(wěn)定的光學(xué)頻率梳；（2)基 于相位補(bǔ)償?shù)墓怆娬袷幤骺梢詫崿F(xiàn)頻率的動態(tài)調(diào)節(jié)，通過改變移相器兩端的電壓就可以實 現(xiàn)光學(xué)頻率梳頻梳間隔的改變；(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，性能穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明基于光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置原理框圖。

【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明基于光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置與方法，該方法依托將電自激振蕩 環(huán)路和光電振蕩器環(huán)路結(jié)合形成互注入鎖定光電振蕩器，可輸出射頻信號和調(diào)制的光頻信 號?；隈R赫-曾德爾調(diào)制器（MZM調(diào)制器）將射頻信號再次調(diào)制到該光頻信號上，由于光 電振蕩器輸出的光頻信號攜帶微波信號的多次諧波，經(jīng)再次調(diào)制，可獲得更多等間距譜的 光頻信號，利用EDFA(摻鉺光纖放大器）進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻 信號，該方法采用半導(dǎo)體激光器，利用光電振蕩器環(huán)路中的移相器實現(xiàn)光學(xué)頻率梳的調(diào)諧。
[0014] 結(jié)合圖1，本發(fā)明光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，包括光端設(shè)備和電端設(shè)備， 所述光端設(shè)備包括直接調(diào)制DFB激光器1、光衰減器2、光分路器3、光接收模塊4和MZM調(diào) 制器11，其中直接調(diào)制DFB激光器1、光衰減器2和光分路器3通過光纖順序相連，光分路 器3的一個輸出端通過光纖接入光接收模塊4、光分路器3的另一輸出端通過光纖與MZM 調(diào)制器11的一個輸入端相連；所述電端設(shè)備包括第一功分器5、放大器7、移相器6、延遲線 8、第二功分器9、第三功分器10,其中光接收模塊4的輸出端接入第一功分器5的一個輸入 端，第一功分器5的輸出端通過延遲線8接入第二功分器9,第二功分器9的一個輸出端順 次通過放大器7、移相器6接入第一功分器5的另一個輸入端，第二功分器9的另一個輸出 端接入第三功分器10,第三功分器10的一個輸出端接入直接調(diào)制DFB激光器1、第三功分 器10的另一個輸出端接入MZM調(diào)制器11的另一個輸入端；
[0015] 所述第二功分器9、放大器7、移相器6、第一功分器5與延遲線8順序相連構(gòu)成電 增益環(huán)腔，該電增益環(huán)腔產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器10、直接調(diào)制DFB激光器1、光衰 減器2、光分路器3、光接收模塊4、第一功分器5、延遲線8、第二功分器9順序相連構(gòu)成的光 電振蕩器環(huán)路中；當(dāng)電增益環(huán)腔和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的 頻率被選出，由光電振蕩器環(huán)路的電端即第三功分器的輸出端輸出微波信號，同時光路經(jīng) 光分路器3輸出經(jīng)微波信號調(diào)制的光頻信號；采用MZM調(diào)制器11將微波信號再次調(diào)制到該 光頻信號上，由于光電振蕩器環(huán)路輸出的光頻信號攜帶射頻信號的多次諧波，調(diào)制后獲得 等間距譜的光頻信號，通過電壓調(diào)節(jié)電增益環(huán)腔中的移相器6改變光頻信號的譜間隔，在 MZM調(diào)制器11的輸出端外接摻鉺光纖放大器EDFA對光頻信號進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、 功率一致的梳狀光頻信號。
[0016] 本發(fā)明光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的方法，基于上述裝置將光電振蕩器產(chǎn)生的射 頻信號調(diào)制到光電振蕩器產(chǎn)生的光頻信號上，得到更多頻率間隔等距的光學(xué)頻率梳，具體 步驟如下：
[0017] 步驟1，第二功分器9、放大器7、移相器6、第一功分器5與延遲線8順序相連構(gòu)成 電增益環(huán)腔，該電增益環(huán)腔產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器10、直接調(diào)制DFB激光器1、光 衰減器2、光分路器3、光接收模塊4、第一功分器5、延遲線8、第二功分器9順序相連構(gòu)成的 光電振蕩器環(huán)路中；
[0018] 步驟2,當(dāng)電增益環(huán)腔和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻 率被選出，由光電振蕩器環(huán)路的電端即第三功分器的輸出端輸出微波信號，同時光路經(jīng)光 分路器3輸出經(jīng)微波信號調(diào)制的光頻信號；
[0019] 步驟3,采用MZM調(diào)制器11將微波信號再次調(diào)制到該光頻信號上，由于光電振蕩器 環(huán)路輸出的光頻信號攜帶射頻信號的多次諧波，調(diào)制后獲得等間距譜的光頻信號，通過電 壓調(diào)節(jié)電增益環(huán)腔中的移相器6改變光頻信號的譜間隔，在MZM調(diào)制器11的輸出端外接摻 鉺光纖放大器EDFA對光頻信號進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。
[0020] 實施例1
[0021] 本實施例中，本發(fā)明光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，由常用的光纖通信器件 和微波器件構(gòu)成：
[0022] 直接調(diào)制DFB激光器1采用模擬帶寬20G的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器；
[0023] 光衰減器2采用1550nm波長的光可變衰減器；
[0024] 光分路器3采用1 X 2的光耦合器；
[0025] 光接收模塊4采用模擬帶寬20G的PIN接收組件；
[0026] 第一功分器5米用50:50的電功率分路器；
[0027] 移相器6采用寬帶0-2 π相移器；
[0028] 放大器7采用窄帶微波放大器；
[0029] 延遲線8采用高頻電纜傳輸線；
[0030] 第二功分器9采用50:50的電功率分路器；
[0031] 第三功分器10采用50:50的電功率分路器；
[0032] MZM調(diào)制器11采用鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器。
[0033] 該裝置包括光端端設(shè)備和電端設(shè)備，其中，
[0034] 光端設(shè)備中，直接調(diào)制DFB激光器1采用模擬帶寬20G的分布反饋半導(dǎo)體激光器、 光衰減器2采用波長1550nm的可變光功率衰減器、光分路器3采用1 X 2的光分路器與光 接收模塊4采用20G的模擬PIN+TIA接收組件通過光纖順序相連，光分路器3的另一輸出 端與MZM11調(diào)制器采用電光強(qiáng)度調(diào)制器的一個輸入端通過光纖相連；
[0035] 電端設(shè)備中，第一功分器5采用3dB的微波功分器、延遲線8采用20G的高頻傳輸 線、第二功分器9采用3dB的微波功分器、第三功分器10采用3dB的微波功分器和直接調(diào)制 DFB激光器1順序連接，第二功分器9的另一輸出端、放大器7米用8-12G的微波放大器、移 相器6米用8-12GG、0_2 π的相移器、第一功分器5的另一輸入端順序相連，第二功分器9、 放大器7、移相器6、第一功分器5與延遲線8順序相連構(gòu)成電增益環(huán)腔，第三功分器10另 一輸出端與ΜΖΜ調(diào)制器11的另一個輸入端順序相連。
[0036] 綜上所述，本發(fā)明基于光電振蕩器實現(xiàn)光學(xué)頻率梳的方法與裝置，基于光電振蕩 器的輸出和ΜΖΜ強(qiáng)度調(diào)制器實現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)電自激振蕩環(huán)路中的移相器，可改變光頻梳的 頻率間隔，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于小型化。
【權(quán)利要求】
1. 一種光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，其特征在于，包括光端設(shè)備和電端設(shè)備，所 述光端設(shè)備包括直接調(diào)制DFB激光器（1)、光衰減器（2)、光分路器（3)、光接收模塊（4)和 MZM調(diào)制器（11)，其中直接調(diào)制DFB激光器（1)、光衰減器（2)和光分路器（3)通過光纖順 序相連，光分路器（3)的一個輸出端通過光纖接入光接收模塊（4)、光分路器（3)的另一輸 出端通過光纖與MZM調(diào)制器（11)的一個輸入端相連；所述電端設(shè)備包括第一功分器（5)、 放大器（7)、移相器（6)、延遲線（8)、第二功分器（9)、第三功分器（10)，其中光接收模塊 (4)的輸出端接入第一功分器（5)的一個輸入端，第一功分器（5)的輸出端通過延遲線（8) 接入第二功分器（9)的輸入端，第二功分器（9)的一個輸出端順次通過放大器（7)、移相器 (6)接入第一功分器（5)的另一個輸入端，第二功分器（9)的另一個輸出端接入第三功分器 (10)，第三功分器（10)的一個輸出端接入直接調(diào)制DFB激光器（1)、第三功分器（10)的另 一個輸出端接入MZM調(diào)制器（11)的另一個輸入端； 所述第二功分器（9)、放大器（7)、移相器（6)、第一功分器（5)與延遲線（8)順序相 連構(gòu)成電增益環(huán)腔，該電增益環(huán)腔產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器（10)、直接調(diào)制DFB激 光器（1)、光衰減器（2)、光分路器（3)、光接收模塊（4)、第一功分器（5)、延遲線（8)、第二 功分器（9)順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路中；當(dāng)電增益環(huán)腔和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定 后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被選出，由光電振蕩器環(huán)路的電端即第三功分器（10)的 輸出端輸出微波信號，同時光路經(jīng)光分路器（3)輸出經(jīng)微波信號調(diào)制的光頻信號；采用MZM 調(diào)制器（11)將微波信號再次調(diào)制到該光頻信號上，由于光電振蕩器環(huán)路輸出的光頻信號 攜帶微波信號的多次諧波，調(diào)制后獲得等間距譜的光頻信號，通過電壓調(diào)節(jié)電增益環(huán)腔中 的移相器（6)可改變光頻信號的譜間隔，在MZM調(diào)制器（11)的輸出端外接摻鉺光纖放大器 對光頻信號進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，其特征在于，所述直接 調(diào)制DFB激光器（1)采用模擬帶寬20G的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，其特征在于，所述光衰 減器（2)采用1550nm波長的光可變衰減器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，其特征在于，所述光分 路器（3)采用1X2的光耦合器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，其特征在于，所述第一 功分器（5)、第二功分器（9)、第三功分器（10)均采用50:50的電功率分路器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的裝置，其特征在于，所述MZM調(diào) 制器（11)采用鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器。
7. -種光電振蕩器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的方法，其特征在于，將光電振蕩器產(chǎn)生的射頻 信號調(diào)制到光電振蕩器產(chǎn)生的光頻信號上，得到更多頻率間隔等距的光學(xué)頻率梳，步驟如 下： 步驟1，第二功分器（9)、放大器（7)、移相器（6)、第一功分器（5)與延遲線（8)順序相 連構(gòu)成電增益環(huán)腔，該電增益環(huán)腔產(chǎn)生微波信號，送入由第三功分器（10)、直接調(diào)制DFB激 光器（1)、光衰減器（2)、光分路器（3)、光接收模塊（4)、第一功分器（5)、延遲線（8)、第二 功分器（9)順序相連構(gòu)成的光電振蕩器環(huán)路中； 步驟2,當(dāng)電增益環(huán)腔和光電振蕩器環(huán)路互相鎖定后，同時符合兩個環(huán)路振蕩的頻率被 選出，由光電振蕩器環(huán)路的電端即第三功分器的輸出端輸出微波信號，同時光路經(jīng)光分路 器（3)輸出經(jīng)微波信號調(diào)制的光頻信號； 步驟3,采用MZM調(diào)制器（11)將微波信號再次調(diào)制到該光頻信號上，由于光電振蕩器環(huán) 路輸出的光頻信號攜帶微波信號的多次諧波，調(diào)制后獲得等間距譜的光頻信號，通過電壓 調(diào)節(jié)電增益環(huán)腔中的移相器（6)可改變光頻信號的譜間隔，在MZM調(diào)制器（11)的輸出端外 接摻鉺光纖放大器對光頻信號進(jìn)行飽和放大，獲得等間隔、功率一致的梳狀光頻信號。
【文檔編號】H04B10/07GK104092491SQ201410284544
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】張寶富, 滕義超, 陳亦望, 吳傳信, 李建華 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)