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专利名称：基于循环移频方式的梳状谱发生系统及方法
技术领域：
本发明涉及基于循环移频方式的梳状光谱发生系统及方法，克服了现有梳状光谱发生技术为了生成平坦的梳状光谱的系统复杂性、不可靠性和不稳定性，同时还克服了由于环路延时造成的光相位噪声对平坦梳状光谱的影响。本系统包括外腔激光器 (ECL)、一个3dB耦合器、一个偏振控制器(PC)、一个IQ光调制器、一个微波信号源、两个 τ 2移相器、一个/r移相器、 一个半导体光放大器(S0A)、一个光滤波器(Optical Filter)、一个可调光延迟线(Delay Line),三个直流偏置电源以及一段任意长度但尽可能短的光纤构成。本方法是对IQ光调制器分别输入余弦射频信号、同频正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压就可完成对输入光波的载波抑制的单边带调制，产生频率下移的光波谱线，而下移频率为四个RF电极的输入信号频率。注入光耦合器的种子和IQ光调制器生成的频率下移的光波通过一个光纤环被送回光耦合器的输入端，再注入环路，源源不断地在环路中循回，每循回一次，都被IQ光调制器调制，被半导体光放大器(SOA)放大。在合理选择的光增益和光滤波器带宽条件下，就能获得所需的梳状谱根数和平坦度。本方法具体体现在在IQ调制器的四个RF电极分别推挽输入余弦射频信号、同频的正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压，就可产生频率下移的光波谱线，下变频频率为IQ光调制器RF电极的输入信号频率。生成的光波谱线经过半导体光放大器、光滤波器和偏振控制器与输入的外腔激光器的种子光在3dB耦合器中耦合，再次注入光纤环，被调制、被放大，被返回，如此循环，直到生成的光波谱线超出光滤波器的通带，系统才进入平衡。在合理的光增益、光滤波器带宽的条件下，就能生成平坦的梳状光谱，梳状光谱的根数由光滤波器的带宽决定；而梳状光谱的平坦度则取决于光纤环路的总增益。
背景技术：
对于如何高效的产生梳状光谱，国际进展十分缓慢，鲜有真正适合于实际应用的方案。目前仅有以下几种实现平坦梳状谱发生方法1)锁模方式(Mode Locking)。该方式采用锁模激光器，对调制产生的各个光波边模进行处理。但基本以实验室理想环境下的实现为主，带温控的商业化产品及专利尚未出现。从系统结果的角度来看，系统复杂且器件价格极贵，故很难实现基于此方式的梳状谱发生器的商业化和实用化；2)直接生成方式。在国际上16根及以上数目的平坦梳状谱的直接生成方案非常少，而且需要极大的射频驱动功率，工作效率不高，很难在实际应用中得到普遍采用；3)移频生成方式国际上仅有一种利用该方式的方案。主要利用了光调制器的载波抑制调制方式，系统需要两个调制器以及一个双向的光滤波器，系统结构较为复杂，也很难在实际应用中得到普遍采用。现有梳状谱发生技术很难满足稳定、平坦、结构简单等关键要求，还有许多问题仍待解决。由于锁模方式不适合商业化、实用化。所以需要发明一种采用直接调制方式的能够生成平坦、稳定的光谱，且结构简单的梳状光谱发生器。

发明内容
本发明的目的在于提供一种生成平坦、稳定的光谱，且结构简单的机遇循环移频方式的梳状光谱发生系统及方法。该系统结构简单，该方法易于实现，性能稳定，非常适用于实用产品的开发推广。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
基于循环移频方式的梳状谱发生器系统，包括IQ光调制器和环路，其特征在于所述光纤环路的结构是外腔激光器与3dB耦合器的一个输入端相连。IQ光调制器的输出端与半导体光放大器的输入端相连，半导体光放大器的输出端与光滤波器的输入端相连，光滤波器的输出端经过光纤与偏振控制器的输入端相连，偏振控制器的输出端与3dB耦合器的输入端相连，这样就构成了光纤环路。所述的IQ光调制器的结构是在所述的IQ光调制器中上面一只双电极Mach-Zehnder光调制器的一条臂上的RF电极输入由微波信号源输出的余
弦射频信号，并在那条臂上的直流电极加半波电压ι 同时在该双电极Mach-Zehnder光调
制器的另外一条臂上的RF电极输入同频倒相的余弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地。在IQ调制器的下面一只双电极Mach-Zehnder光调制器的一条臂上的RF电极输入由
微波信号源产生，并经.jt/2移相的正弦射频信号，并在那条臂上的直流电极加半波电压乙 ；同时在在该双电极Mach-Zehnder光调制器的另一条臂上的RF电极输入同频倒相的正弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地。下面一只双电极Mach-Zehnder光调制器的输出经过一个τ/2移相器的移相与上面一只双电极Mach-Zehnder调制器的输出合波后输出。基于循环移频方式的梳状光谱发生方法，采用上述的基于循环移频方式的梳状谱发生系统来实现，其特征在于在耦合器注入的种子光和经IQ光调制器生成的移频光源源不断地在环路中被IQ光调制器调制，产生新的谱线，又被半导体光放大器补充能量，在合理光增益和光滤波器带宽条件下，就能获得所需梳状谱根数的平坦梳状谱。具体体现在在 IQ光调制器的四个RF电极分别输入余弦射频信号、同频倒相的余弦射频信号、同频的正弦射频信号及同频倒相的正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压，可产生载波抑制的单边光波谱线，光波谱线频率的下移量等于RF电极的调制信号频率。生成的光波谱线经过半导体光放大器、光滤波器和偏振控制器后，再与外腔激光器发出的种子光在3dB耦合器中耦合，重新注入光纤环路。在环路中每循环一次，就多生成一根光波谱线，一直到谱线频率超出光滤波器的通带为止。半导体光放大器的作用是克服环路的能量损耗，包括光耦合器、IQ光调制器、光滤波器、光延迟线和光纤的插入速损耗，保证生成的各个谱线高度相等。以下对本发明的原理作进一步的说明
如附

图1所示，IQ光调制器的上面一只双电极Mach-Zehnder光调制器的两条臂上的 RF电极推挽输入由微波信号源输出的余弦射频信号，并在一条臂上的直流电极加半波电压另一条臂上的直流电极接地。下面一只双电极Mach-Zehnder光调制器的两条臂上的 RF电极推挽输入由微波信号源输出并经移相器移相f/2的正弦射频信号，并在一条臂上的直流电极加半波电压G，另一条臂上的直流电极接地。IQ光调制器的下面一只双电极 Mach-Zehnder光调制器的调制输出经过ff/2移相与上面一只双电极Mach-Zehnder光调制器的调制输出合波干涉，形成最终的输出光谱。该IQ光调制器的输出电场表示式如下
权利要求
1.一种基于循环移频方式的梳状谱发生系统，包括一个IQ光调制器(1)和一个光纤环路，其特征在于所述光纤环路的结构是一个外腔激光器(2)与一个3dB耦合器(3)的一个输入端相连，一个偏振控制器(8)与所述3dB耦合器(3)的另一个输入端相连；所述3dB 耦合器(3)的一个输出端(9)为光谱输出端供外界使用，该3dB耦合器(3)的另一个输出端与所述IQ光调制器(1)相连；所述的IQ光调制器(1)的输出端与一个半导体光放大器 (4)的输入端相连接，所述的半导体光放大器(4)的输出端与一个光滤波器(5)的输入端相连接，所述的光滤波器(5)的输出端与一个可调光延迟线(6)的输入端相连接，所述的可调光延迟线(6)的输出端通过环路光纤(7)连接到所述的偏振控制器(8)；所述IQ光调制器 (1)的结构是在所述的IQ光调制器(1)中，上面一只双电极Mach-Zehnder光调制器(10) 的一条臂上的RF电极输入由微波信号源(1-1)输出的余弦射频信号，并在那条臂上的直流电极加半波电压G (1-5);同时在该双电极Mach-Zehnder光调制器(10)的另外一条臂上的RF电极输入由微波信号源(1_1) 输出的并经ι移相器(1-2)移相的同频倒相的余弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地；在下面的一只双电极Mach-Zehnder光调制器(11)的一条臂上的RF电极输入由微波信号源(1-1)产生、并经ff/2移相器(1-3)的正弦射频信号，并在那条臂上的直流电极加半波电压G (1-6);同时在在该双电极Mach-Zehnder光调制器(11)的另一条臂上的RF电极输入由微波信号源(1-1)产生的经i/2移相器(1-3)和π移相器(1-4)移相的同频倒相的正弦射频信号，并使该条臂上的直流电极接地，下面一只双电极Mach-Zehnder光调制器(11) 的输出经过一个乙/ 2的电压下(1-7)产生冗/ 2的移相与上面一只双电极Mach-Zehnder调制器(10)的输出合波后输出。
2.一种基于循环移频方式的梳状光谱发生方法，采用权利要求1所述的基于循环移频方式的梳状谱发生系统进行实现，其特征在于在所述3dB耦合器(3)注入种子光和经IQ 光调制器(1)生成移频光波合波，然后源源不断地在所述环路中被IQ光调制器(1)调制， 产生新的谱线，又被所述半导体光放大器(4)补充能量，在合理光增益和所述的光滤波器带宽条件下，获得所需梳状谱根数的平坦梳状谱；具体体现在在IQ光调制器(1)的四个 RF电极分别输入余弦射频信号、同频倒相的余弦射频信号、同频的正弦射频信号及同频倒相的正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压，产生载波抑制的单边光波谱线，光波谱线的频率下移量等于RF电极的调制信号频率；生成的光波谱线经过所述的半导体光放大器(4)、光滤波器(5)、可调光延迟线(6)和偏振控制器(8)后，再与外腔激光器(2)发出的种子光在3dB耦合器(3)中耦合，重新注入所述光纤环路；光波在所述环路中每循环一次， 就多生成一根光波谱线，一直到谱线频率超出光滤波器的通带为止；所述半导体光放大器 (4)的作用是克服环路的能量损耗，包括3dB耦合器(3)、IQ光调制器(1)、光滤波器(5)、可调光延迟线(6)和光纤的插入损耗，保证生成的各个谱线高度相等。
3.根据权利要求2所述的基于循环移频方式的梳状光谱发生方法，具体特征在于采用可调光纤延迟线使光纤环中的相移等于360°的整数倍，保证光谱谱线稳定。
4.根据权利要求2所述的基于循环移频方式的梳状光谱发生方法，其特征在于对光纤环路，包括3dB耦合器、IQ光调制器、半导体光放大器、光滤波器、可调光延迟线、光纤和偏振控制器实行恒温控制，以进一步确保梳状光谱发生器输出光谱的稳定性。
全文摘要
本发明涉及一种基于循环移频方式的梳状光谱发生系统及方法。本系统结构包括外腔激光器、偏振控制器、3dB耦合器、IQ光调制器、微波信号源、两个π/2移相器、π移相器、半导体光放大器、光滤波器、可调光延时线、直流偏置电源以及一段任意长度但尽可能短的光纤构成。本方法是对IQ光调制器的RF电极分别输入余弦射频信号、同频正弦射频信号，并在直流电极上加适当的偏压，完成对输入光波的载波抑制的单边带调制，产生频率下移的光波谱线，而下移频率等于RF电极的输入信号频率。本发明在合理选择的光增益和光滤波器带宽条件下，就能获得所需的梳状谱根数和平坦度。本方法性能优良，实现容易，本方法还对光纤环路实行整体温控，确保梳状光谱发生器的稳定性。
文档编号G01J3/02GK102183303SQ20111004335
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者叶家骏, 宋英雄, 张 林, 李迎春, 林如俭 申请人:上海大学