一种高质量微波频率梳的光学产生方法技术

本发明专利技术公开了一种高质量微波频率梳的光学产生方法，该方法包括如下步骤：利用可调谐激光源作为种子光源，注入到一个由2×2光学耦合器、声光频移器、可调谐带通滤波器、掺铒光纤放大器组成的光学回路中。种子光源f0以布拉格角度入射到声光频移器中，利用声光频移器的布拉格衍射效应，产生一级衍射光f0+fm，驱动信号频率fm即谱线间距，由声光频移器的驱动射频信号决定。声光频移器仅输出一级衍射光f0+fm，就实现了fm的频移。频移得到的新谱线f0+fm与种子光源耦合作为下一次回路的输入光源；此回路循环N次，可以获得具有频率为f0，f0+fm，f0+2fm，...，f0+Nfm的光梳；当光学回路达到稳态后，获得产生了平坦度好、带宽宽、稳定的光梳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波频率梳的光学产生
，特别是涉及一种高质量的微波频率梳的光学产生技术。
技术介绍
微波频率梳由一系列频率间隔相等的离散微波信号构成，可以在一个频段内同时提供多个不同频率的微波信号。相对于单频微波源，微波频率梳具有谱线数目多、频率范围宽、谱线间距精密度高等优点，在通信、军事、医疗、测量等领域具有更好的应用，受到国内外研究者的广泛关注。目前，已有的微波频率梳产生方案分为两种：基于电学方式的和基于光学方式的。然而，由于电子瓶颈的限制，基于电学方式的微波频率梳产生方案，获得带宽只有几个GHz，且谱线间距不能灵活调节。而光学方式中基于光生微波技术产生微波频率梳的方案，产生的微波信号具有高功率、宽带宽、低损耗、抗电磁干扰和可调谐等优点，成为广大学者的首选。但是，目前已有的基于光生微波技术产生微波频率梳方案中，获得的微波频率梳大部分谱线数目比较少、谱线功率水平低、功率幅值变化大、平坦度有待提高。另外，在已有的谱线间距可调谐的微波频率梳方案中，由于利用的电光调制器均需要高频调制，产生的微波频率梳谱线间距在5GHz～20GHz范围内，无法获得低于5GHz的低频段微波信号。然而，常用的无线通信频段为400MHz～2GHz，且频段使用密集，各个通信频段间距低至10MHz。因此，如何产生高密度、宽带宽、平坦度好、功率高、谱线间距和频带范围均可调谐的微波频率梳，使其既能用于常用的低频段微波通信，又能用于高速微波通信场合，是目前的技术难点。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种高质量微波频率梳的光学产生方法。其中关键是由光耦合器、声光频移器、掺铒光纤放大器和可调谐带通滤波器构成的声光频移回路。能否基于声光频移回路，优化回路中关键器件的结构参数和工作参数，获得宽带宽、高功率、低噪声、平坦、可调谐的光学频率梳是产生高性能微波频率梳的关键问题；同时，PD的响应度、响应带宽、饱和功率、噪声等性能，直接决定了微波频率梳的功率、带宽和稳定度。设计研制高转换效率、宽响应带宽、高饱和功率、噪声特性好的PD，是获得高性能微波频率梳的有力保障。技术方案：本专利技术的一种高质量微波频率梳的光学产生方法包括如下步骤：利用可调谐激光源作为种子光源，注入到一个由2×2光学耦合器、声光频移器、可调谐带通滤波器、掺铒光纤放大器组成的光学回路中；种子光源f0以布拉格角度入射到声光频移器中，利用声光频移器的布拉格衍射效应，产生一级衍射光f0+fm，驱动信号频率fm即谱线间距，由声光频移器的驱动射频信号决定；声光频移器仅输出一级衍射光f0+fm，就实现了fm的频移；频移得到的新谱线f0+fm与种子光源耦合作为下一次回路的输入光源；此回路循环N次，可以获得具有频率为f0，f0+fm，f0+2fm，...，f0+Nfm的光梳；利用光学回路中的掺铒光纤放大器将声光频移器输出的新谱线功率放大到种子光源水平，提高输出光梳的平坦度；而可调谐带通滤波器滤除带外噪声，而且其通带宽度也将决定产生的光梳的梳线数；当光学回路达到稳态后，获得平坦度好、带宽宽、稳定的光梳；光梳注入到光电探测器中拍频，产生频率范围fm～Nfm、谱线间距fm、带宽Nfm的频率梳。所述的可调谐激光源由可调谐激光器发出，其波长等于掺铒光纤放大器增益谱平坦段的起始波长。所述的声光频移器为低频驱动的高衍射效率的声光器件，入射光以布拉格衍射角度注入声光频移器，其+1级或-1级衍射光作为输出。所述的掺铒光纤放大器工作波长处于光纤的最低损耗(波长1550nm)处，频移得到的新谱线经过EDFA进行功率补偿，被放大到激光光源功率水平。所述的调谐带通滤波器TBPF滤除带外噪声，而且其通带宽度也将决定产生的光梳的梳线数。有益效果：本专利技术提出的微波频率梳的光学产生方法，产生的微波频率梳具有较高的性能，具有频带范围宽，谱线密度高，功率水平高，谱线间距和频带范围均可调谐等优点。可以适用于常用低频段(0.3～3GHz)密集微波通信，也可以满足高频段高速微波通信的需求。创新之处在于：(1)基于声光频移器的光学回路，产生的光学频率梳具有宽带宽、高平坦度、稳定度好的优点。利用这种高性能光学频率梳在PD中拍频，在同一频率处产生的所有电信号，彼此之间相互叠加，可以产生高功率的微波频率梳。(2)利用低频驱动的声光频移器，可以实现几十MHz～1GHz的频移。与基于高频电光调制器的微波频率梳方案相比，本方案不仅可以产生它们所不能覆盖的常用低频段(0.3～3GHz)，还可以覆盖到300GHz的高频段部分，且相应的梳线间距在几十MHz～1GHz连续可调，产生高密度可调谐的微波频率梳。附图说明图1为本专利技术高性能微波频率梳的产生装置的结构图。其中有：可调谐激光源TLS、掺铒光纤放大器EDFA、光学耦合器OC、声光频移器AOFS、可调谐带通滤波器TBPF、光电探测器PD、电谱分析仪ESA。图2为谱线间距fm＝300MHz(a)输出的光学频率梳光谱图(b)输出的微波频率梳频谱图。图3为谱线间距fm＝1GHz(a)输出的光学频率梳光谱图(b)输出的微波频率梳频谱图。具体实施方式本专利技术的微波频率梳光学产生方法是基于光学声光频移回路的，并利用PD拍频的微波频率梳的产生方法。可调谐激光源作为种子光源，注入到一个由2×2光学耦合器、声光频移器、可调谐带通滤波器、掺铒光纤放大器组成的光学回路中。光学回路输出的宽带宽、高平坦的光学频率梳，经过PD拍频产生高质量微波频率梳。所述的可调谐激光源由可调谐激光器发出，其波长等于EDFA增益谱平坦段的起始波长。所述的声光频移器为低频驱动的高衍射效率的声光器件，入射光以布拉格衍射角度注入AOFS，其+1级(或-1级)衍射光作为输出。所述的掺铒光纤放大器其工作波长处于光纤的最低损耗(波长1550nm)处，是一种高增益、宽带宽、高输出功率、高泵浦效率、低插入损耗的优质光学放大器。所述滤波器为可调谐带通滤波器，可以高效快捷的选择输出光信号带宽。本专利技术设计了一种高质量微波频率梳的光学产生方法，包括如下步骤：种子光源f0以布拉格角度入射到声光频移器中，利用声光频移器的布拉格衍射效应，产生一级衍射光f0+fm，驱动信号频率fm即谱线间距，由声光频移器的驱动射频信号决定。声光频移器仅输出一级衍射光f0+fm，就实现了fm的频移。频移得到的新谱线f0+fm与种子光源耦合作为下一次回路的输入光源；此回路循环N次，可以获得具有频率为f0，f0+fm，f0+2fm，...，f0+Nfm的光梳；利用光学回路中的EDFA将声光频移器输出的新谱线功率放大到种子光源水平，提高输出光梳的平坦度。而TBPF可以滤除带外噪声，而且其通带宽度也将决定产生的光梳的梳线数。当光学回路达到稳态后，可以获得产生了平坦度好、带宽宽、稳定的光梳。光梳注入到光电探测器中拍频，产生频率范围fm～Nfm、谱线间距fm、带宽Nfm的微波频率梳。下面结合实例对高质量微波频率梳的光学产生方法作进一步阐述。实施例一1、设置参数如下：可调谐激光器发出的激光中心频率为193.1THz、功率1mW、线宽0.01MHz、初始相位0°、噪声阈值-100dB、静态噪声3dB；耦合器耦合系数0.5；声光频移器频移量300MHz；掺铒光纤放大器的纤芯直径2.2μm，铒离子的掺杂直径2.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高质量微波频率梳的光学产生方法，其特征在于该方法包括如下步骤：利用可调谐激光源(TLS)作为种子光源，注入到一个由2×2光学耦合器(OC)、声光频移器(AOFS)、可调谐带通滤波器(TBPF)、掺铒光纤放大器(EDFA)组成的光学回路中；种子光源f0以布拉格角度入射到声光频移器中，利用声光频移器的布拉格衍射效应，产生一级衍射光f0+fm，驱动信号频率fm即谱线间距，由声光频移器的驱动射频信号决定；声光频移器仅输出一级衍射光f0+fm，就实现了fm的频移；频移得到的新谱线f0+fm与种子光源耦合作为下一次回路的输入光源；此回路循环N次，可以获得具有频率为f0，f0+fm，f0+2fm，...，f0+Nfm的光梳；利用光学回路中的掺铒光纤放大器(EDFA)将声光频移器(AOFS)输出的新谱线功率放大到种子光源水平，提高输出光梳的平坦度；而可调谐带通滤波器(TBPF)滤除带外噪声，而且其通带宽度也将决定产生的光梳的梳线数；当光学回路达到稳态后，获得平坦度好、带宽宽、稳定的光梳；光梳注入到光电探测器(PD)中拍频，产生频率范围fm～Nfm、谱线间距fm、带宽Nfm的频率梳。

【技术特征摘要】
1.一种高质量微波频率梳的光学产生方法，其特征在于该方法包括如下步骤：利用可调谐激光源(TLS)作为种子光源，注入到一个由2×2光学耦合器(OC)、声光频移器(AOFS)、可调谐带通滤波器(TBPF)、掺铒光纤放大器(EDFA)组成的光学回路中；种子光源f0以布拉格角度入射到声光频移器中，利用声光频移器的布拉格衍射效应，产生一级衍射光f0+fm，驱动信号频率fm即谱线间距，由声光频移器的驱动射频信号决定；声光频移器仅输出一级衍射光f0+fm，就实现了fm的频移；频移得到的新谱线f0+fm与种子光源耦合作为下一次回路的输入光源；此回路循环N次，可以获得具有频率为f0，f0+fm，f0+2fm，...，f0+Nfm的光梳；利用光学回路中的掺铒光纤放大器(EDFA)将声光频移器(AOFS)输出的新谱线功率放大到种子光源水平，提高输出光梳的平坦度；而可调谐带通滤波器(TBPF)滤除带外噪声，而且其通带宽度也将决定产生的光梳的梳线数；当光学回路达到稳态后，获得平坦度好...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培丽，刘谦，高迪，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32