基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，包括脉冲光源、泵浦光源、掺杂回音壁球、第一微纳光纤、第二微纳光纤；所述掺杂回音壁球设置在第一微纳光纤和第二微纳光纤的的光信号迭代部之间，其由M个光子晶体波导和M个参量波导交替组成，所述光子晶体波导的参量过程为用于激发载波数量的正向参量过程，所述参量波导的参量过程为用于放大载波信号幅度的反向参量过程。本发明专利技术能够在使用四波混频产生多载波光源的基础上进行优化，将多参量过程进行混合级联，可以有效提高多载波数量，降低噪声，给传输系统性能带来提升，降低误码率，提高频带利用率和传输距离，并且可以灵活分配带宽，不改变信号的调制阶数。

A Multicarrier Optical Signal Generator Based on Doped Echo Squash Sphere

The invention discloses a multi-carrier optical signal generator based on doped echo squash sphere, which comprises a pulse light source, a pump light source, a doped echo squash sphere, a first micro-nano optical fiber and a second micro-nano optical fiber. The doped echo squash sphere is arranged between the optical signal iteration parts of the first micro-nano optical fiber and the second micro-nano optical fiber, and is composed of M photonic crystal waveguides and M parametric waveguides alternately. The parametric process of the photonic crystal waveguide is a forward parametric process for exciting the number of carriers, and the parametric process of the parametric waveguide is a reverse parametric process for amplifying the amplitude of the carrier signal. The invention can optimize on the basis of using four-wave mixing to generate multi-carrier light source, mixing and cascading multi-parameter process, which can effectively increase the number of multi-carrier, reduce noise, improve the performance of transmission system, reduce bit error rate, improve the utilization rate of frequency band and transmission distance, and flexibly distribute bandwidth without changing the modulation order of signal.

【技术实现步骤摘要】
基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置和方法
本专利技术涉及多载波发射
，具体而言涉及一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置和方法。
技术介绍
近些年来通信网和互联网业务不断增加，人们对网络容量和带宽的要求越来越高，这些促使了许多学者对Tb/s及以上速率的光通信系统开展研究。将信号分别调制到频率锁定的光载波上，采用多波长传输，是实现超大容量传输的有效手段。频率锁定的多载波长光源是实现多波长大容量传输的基础。目前，产生多载波光源的方法主要有：基于循环频移器的多载波发生器、超连续谱分割技术、基于调制器的多载波发射技术、基于调制法布里珀罗激光光源或锁模激光光源等多模式激光光源技术以及基于片上微腔的频率梳发生器等。以上所有多载波光信号的方法都有着自己的局限性，而使用频率锁定的多载波光源的超信道系统，不仅可以减少所需的激光器数目，而且由于子载波之间没有相对频漂，还可以完全移除保护间隔，使系统达到更高的频谱效率。同时，利用频率或者相位锁定多载波光源，多个同步的接收机之间可以进联合的DSP均衡，如补偿频偏、相位噪声以及非线性估计等，以获得更好的均衡效果。目前通过四波混频效应产生的多载波光源较为常见，但是这种方式会出现一些问题，载波数目增多会导致功率的降低，一旦当功率低于四波混频阈值时，就无法级联进一步激发新的载波，所以产生的载波数目会受到光功率的低下的限制。虽然采用掺饵光纤放大器可以对载波进行放大，继续运用四波混频效应激发新的载波，但是这种放大方式产生的噪声较多，导致光源的载噪比过低。因此，产生超低噪光多载波源是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置和方法，在使用四波混频产生多载波光源的基础上进行优化，将多参量过程进行混合级联，可以有效提高多载波数量，降低噪声，给传输系统性能带来提升，降低误码率，提高频带利用率和传输距离，并且可以灵活分配带宽，不改变信号的调制阶数。同时，把信号的四波混频过程与多参量过程通过掺杂回音壁球来得到实现，使用本专利提出的掺杂回音壁球可以有效的减小多载波光源的体积，使得通讯系统更加的集成化。为达成上述目的，结合图1，本专利技术提出一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，所述装置包括脉冲光源、泵浦光源、掺杂回音壁球、第一微纳光纤、第二微纳光纤。所述第一微纳光纤和第二微纳光纤平行设置，第一微纳光纤和第二微纳光纤均包括依次连接的光信号输入部、光信号迭代部、光信号输出部，其中，光信号输入部、光信号输出部的纤芯层外侧包裹有包层，光信号迭代部的纤芯层裸露。由于光信号迭代部的纤芯层裸露，入射光能够通过这部分纤芯层衍射出去。所述第一微纳光纤沿其纤芯延伸方向设置有第一端面和第二端面，所述泵浦光源设置在第一微纳光纤的第一端面处，泵浦光源发射出的泵浦光通过第一端面进入第一微纳光纤，沿第一微纳光纤传输至第二端面。所述第二微纳光纤沿其纤芯延伸方向设置有第三端面和第四端面，所述脉冲光源设置在第二微纳光纤的第三端面处，脉冲光源发射出的脉冲光通过第三端面进入第二微纳光纤，沿第二微纳光纤传输至第四端面。所述泵浦光和脉冲光的传输方向一致。所述掺杂回音壁球设置在第一微纳光纤和第二微纳光纤的的光信号迭代部之间，其由M个光子晶体波导和M个参量波导交替组成，所述光子晶体波导的参量过程为用于激发载波数量的正向参量过程，所述参量波导的参量过程为用于放大载波信号幅度的反向参量过程。结合图2，所述掺杂回音壁球包括交替设置的4个光子晶体波导和4个参量波导。如图2所示，该球体由八个相同大小的部分组成，浅灰色部分为光子晶体波导，深灰色部分为参量波导，一般的多载波光信号主要是通过四波混频进行多次迭代来产生的，而本申请通过加入掺杂回音壁球来实现多次迭代的过程。优选的，所述光子晶体波导采用双零色散光纤波导，所述参量波导采用负色散平坦光纤波导。在一些例子中，所述光子晶体波导采用高非线性材料制成。结合图3，所述光子晶体波导满足下述条件：频率为ω1和ω2的两束光在满足相位匹配的条件下，注入到光子晶体波导中，将发生正向参量过程，可得到频率为ω3的斯托克斯波和频率为ω4的反斯托克斯波，它们满足以下线性耦合方程：其中，θ＝[Δk-3γ(P1+P2)]z，Δk为相位失配，γ为非线性系数，P1和P2分别为入射信号光功率，z为传输距离。结合图4，在第一微纳光纤中传输的泵浦光和脉冲光一样，在裸露的纤芯段进入掺杂回音壁球中。进行四波混频后的脉冲光和泵浦光在参量光纤部分相接触会产生反向参量过程，发生能量转移，使光信号幅度增加。所述掺杂回音壁球临近第二微纳光纤的一侧设置有功率阈值，掺杂回音壁球中大于功率阈值的光信号被设置成穿过掺杂回音壁球外表面进入第二微纳光纤。光信号从脉冲光源发出，通过光纤进行传输，传输至光纤与微球接口时，由于接口处光纤的包层被剥去，光信号在裸露的纤芯中传输时会向外散出衍射的光场。脉冲光进入掺杂回音壁球中之后会进行多次反射，当脉冲光处于球体中光子晶体部分时，会发生四波混频产生多束咸频光，然后通过反射进入参量光纤部分。在上路光纤中传输的泵浦光和脉冲光一样，在裸露的纤芯段进入微球中。进行四波混频后的脉冲光和泵浦光在参量光纤部分相接触会产生正向参量过程，发生能量转移，使光信号幅度增加。光信号在微球中进行多次反射，每经过一次光子晶体波导和参量波导，光信号的载波数和各个载波的幅度会得到增加，当光信号幅度达到掺杂回音壁球的阈值，光信号则会发射出微球回到光纤中，再接收端我们就可以得到想要的多载波光信号。所述第一微纳光纤和第二微纳光纤的光信号迭代部与掺杂回音壁球的最小距离均小于设定距离阈值。优选的，第一微纳光纤和第二微纳光纤的光信号迭代部与掺杂回音壁球的最小距离无限接近于零，即第一微纳光纤和第二微纳光纤的光信号迭代部无限接近于掺杂回音壁球，使得绝大部分通过光信号迭代部衍射出来的光场进入掺杂回音壁球。对应的，距离越小，工艺难度越高，用户可以根据实际需求选择这一距离值。例如，当所述掺杂回音壁球半径为18微米，所述第一微纳光纤和第二微纳光纤的纤芯层半径为8微米时，将所述设定距离阈值设定为5微米等等。结合图5，本专利技术还提及一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生方法，所述方法包括：按照设定模型对回音壁球进行掺杂，掺杂后的回音壁球由M个光子晶体波导和M个参量波导交替组成，所述光子晶体波导的参量过程为用于激发载波数量的正向参量过程，所述参量波导的参量过程为用于放大载波信号幅度的反向参量过程。选取两束结构相同的微纳光纤，分别定义成第一微纳光纤和第二微纳光纤，在第一微纳光纤和第二微纳光纤同一位置处选取相同的一段光纤，去除选取段光纤的包层，将选取段作为对应的光信号迭代部。将泵浦光源设置在第一微纳光纤的第一端面处，以使泵浦光源发射出的泵浦光通过第一端面进入第一微纳光纤，沿第一微纳光纤传输至第二端面。将脉冲光源设置在第二微纳光纤的第三端面处，以使脉冲光源发射出的脉冲光通过第三端面进入第二微纳光纤，沿第二微纳光纤传输至第四端面。所述第一微纳光纤和第二微纳光纤平行设置，所述泵浦光和脉冲光的传输方向一致。将掺杂后的回音壁球设置在第一微纳光纤和第二微纳光纤的的光信号迭代部之间，所述第一微纳光纤和第二微纳光纤的光信号迭代部与掺杂回音壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述装置包括脉冲光源、泵浦光源、掺杂回音壁球、第一微纳光纤、第二微纳光纤；所述第一微纳光纤和第二微纳光纤平行设置，第一微纳光纤和第二微纳光纤均包括依次连接的光信号输入部、光信号迭代部、光信号输出部，其中，光信号输入部、光信号输出部的纤芯层外侧包裹有包层，光信号迭代部的纤芯层裸露；所述第一微纳光纤沿其纤芯延伸方向设置有第一端面和第二端面，所述泵浦光源设置在第一微纳光纤的第一端面处，泵浦光源发射出的泵浦光通过第一端面进入第一微纳光纤，沿第一微纳光纤传输至第二端面；所述第二微纳光纤沿其纤芯延伸方向设置有第三端面和第四端面，所述脉冲光源设置在第二微纳光纤的第三端面处，脉冲光源发射出的脉冲光通过第三端面进入第二微纳光纤，沿第二微纳光纤传输至第四端面；所述泵浦光和脉冲光的传输方向一致；所述掺杂回音壁球设置在第一微纳光纤和第二微纳光纤的的光信号迭代部之间，其由M个光子晶体波导和M个参量波导交替组成，所述光子晶体波导的参量过程为用于激发载波数量的正向参量过程，所述参量波导的参量过程为用于放大载波信号幅度的反向参量过程；所述掺杂回音壁球临近第二微纳光纤的一侧设置有功率阈值，掺杂回音壁球中大于功率阈值的光信号被设置成穿过掺杂回音壁球外表面进入第二微纳光纤；所述第一微纳光纤和第二微纳光纤的光信号迭代部与掺杂回音壁球的最小距离均小于设定距离阈值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述装置包括脉冲光源、泵浦光源、掺杂回音壁球、第一微纳光纤、第二微纳光纤；所述第一微纳光纤和第二微纳光纤平行设置，第一微纳光纤和第二微纳光纤均包括依次连接的光信号输入部、光信号迭代部、光信号输出部，其中，光信号输入部、光信号输出部的纤芯层外侧包裹有包层，光信号迭代部的纤芯层裸露；所述第一微纳光纤沿其纤芯延伸方向设置有第一端面和第二端面，所述泵浦光源设置在第一微纳光纤的第一端面处，泵浦光源发射出的泵浦光通过第一端面进入第一微纳光纤，沿第一微纳光纤传输至第二端面；所述第二微纳光纤沿其纤芯延伸方向设置有第三端面和第四端面，所述脉冲光源设置在第二微纳光纤的第三端面处，脉冲光源发射出的脉冲光通过第三端面进入第二微纳光纤，沿第二微纳光纤传输至第四端面；所述泵浦光和脉冲光的传输方向一致；所述掺杂回音壁球设置在第一微纳光纤和第二微纳光纤的的光信号迭代部之间，其由M个光子晶体波导和M个参量波导交替组成，所述光子晶体波导的参量过程为用于激发载波数量的正向参量过程，所述参量波导的参量过程为用于放大载波信号幅度的反向参量过程；所述掺杂回音壁球临近第二微纳光纤的一侧设置有功率阈值，掺杂回音壁球中大于功率阈值的光信号被设置成穿过掺杂回音壁球外表面进入第二微纳光纤；所述第一微纳光纤和第二微纳光纤的光信号迭代部与掺杂回音壁球的最小距离均小于设定距离阈值。2.根据权利要求1所述的基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述设定距离阈值为5微米。3.根据权利要求1所述的基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述掺杂回音壁球半径为18微米。4.根据权利要求1所述的基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述第一微纳光纤和第二微纳光纤的纤芯层半径为8微米。5.根据权利要求1所述的基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述掺杂回音壁球包括交替设置的4个光子晶体波导和4个参量波导。6.根据权利要求1至5任意一项中所述的基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述光子晶体波导采用双零色散光纤波导。7.根据权利要求1至5任意一项中所述的基于掺杂回音壁球的多载波光信号发生装置，其特征在于，所述参量波导采用负色散平坦光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，张丽佳，毛雅亚，韩顺，忻向军，孙婷婷，赵立龙，吴泳锋，刘少鹏，宋真真，王俊锋，哈特，姜蕾，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32