基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统技术方案

本发明专利技术属于相干光通信系统技术领域，提供了一种基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，旨在解决现有相干光通信系统技术中激光器成本高、本振光与信号光频率一致性差的问题。本发明专利技术在发射端用光孤子晶体频梳源作为通信系统的光源，可以同时产生数十路甚至更多的光载波，降低了相干光通信系统发射端对窄线宽激光器的需求量，与传统的相干光通信系统相比，极大的降低了成本；在接收端用另一个光孤子晶体频梳源为相干光解调器提供本振光信号，系统中的两个光孤子晶体频梳源用同一个激光器发出的光信号作为其泵浦光，因此本振光与光载波信号近似同频，一致性好，具有很好的相干性，无需精确控制激光器的发射波长，降低了系统对激光器的性能要求。

Coherent optical communication system based on micro cavity optical soliton crystal frequency comb

The invention belongs to the technical field of coherent optical communication system, and provides a coherent optical communication system based on the crystal frequency comb of microcavity optical soliton, which aims to solve the problem of high cost of laser and poor consistency of the light frequency and the signal light frequency in the existing coherent optical communication system technology. The invention uses the optical soliton crystal frequency comb source as the light source of the communication system at the launching end, and can produce dozens or even more optical carriers at the same time, reducing the demand for the narrow line width laser at the transmitter end of the coherent optical communication system. Compared with the traditional coherent optical communication system, the cost is greatly reduced, and the other is used at the receiving end. The optical soliton crystal frequency comb source provides the local oscillating light signal for the coherent optical demodulator. The two optical soliton crystal frequency comb sources in the system use the same laser as the optical signal as their pump light. Therefore, the local oscillator light is approximately the same frequency as the optical carrier signal, with good consistency, good phase coherence and no precise control of the laser's hair. The laser wavelength reduces the performance requirements of the system to the laser.

【技术实现步骤摘要】
基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统
本专利技术属于相干光通信系统
，涉及一种超高容量的并行相干光通信系统，具体涉及一种采用光频梳源产生光载波的并行相干光通信系统，特别涉及一种利用两个共泵浦光的微腔光孤子晶体频梳分别作为光信号载波和解调本振光的相干光通信系统。
技术介绍
在光通信领域，更高的接收灵敏度、更大的带宽、更长的传输距离和更低的能耗是光通信系统永恒追求的目标，伴随着信息量的爆炸式增长，相干光通信系统以其频谱利用率和灵敏度高的优势得到了迅速的商业化发展。在相干光通信中，光载波的频率稳定性对系统性能起着重要作用，如对于零差检测相干光通信系统来说，若激光器的频率(或波长)随工作条件不同而发生漂移，就很难保证本振光与接收光信号之间的频率相对稳定性；光载波与本振光的频率只要产生微小变化，都将对中频产生很大影响。因此，只有保证光载波振荡器和光本振振荡器的高频率稳定性，才能保证相干光通信系统的正常工作。外差相干光通信系统也是如此。因此相干光通信对激光器的线宽和频率稳定性提出了极高的要求。虽然随着近年来激光器技术的进步，激光器的输出功率、线宽、稳定性和噪声都得到了很大改善，然而该类激光器的成本却非常高昂。特别是波分复用系统中，在收发两边都需要多路高性能的窄线宽激光器，其成本极为昂贵，严重制约着相干光通信系统在对成本要求严格场合的应用。光频梳是一些离散的、等频率间距的像梳子一样形状的光谱。特别是基于微腔的克尔光频梳，可以通过微腔的设计，实现频率间隔与波分复用光通信系统兼容的光频梳。特别是基于微腔的耗散孤子光频梳，其在时域上是孤子序列，在频域上是一系列等频率间隔的光频率序列，并具有极低的噪声特性，使微腔光频梳产生多路相干光源成为现实。基于孤子态光频梳的超高速(55Tbps)相干光通信系统已经得到实验验证。但是该实验中的孤子光频梳是通过扫频激光器泵浦微腔而得到，其中扫频激光器十分昂贵，不适合在光通信系统中应用，同时扫频激光器体积庞大，不符合目前通信系统向小型化发展的趋势；更重要的是，该实验中的相干解调光的产生需要另外一个可调谐激光器去泵浦产生本地振荡单孤子，其与载波频率上有差异，产生的孤子频梳很难在同一频率处，非常不利于相干光信号的解调，因此为达到本振光与信号光同频的目标，往往需要对光频梳进行反复调节，极大地降低了通信系统的实用性。总之，相干光通信系统的发展亟需频率稳定、线宽窄、波长兼容波分复用系统的多波长光源，特别需要解决解调端本振光源与发展端光源的频率一致性问题。
技术实现思路
基于以上背景，本专利技术提供了一种基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，利用一个泵浦光同时产生频率、偏振一致的光载波和本振光，旨在解决现有相干光通信系统技术中激光器成本高、本振光与信号光频率一致性差的问题。本专利技术的技术方案如下：基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，包括通过光纤链路连接的并行相干光信号发射单元和并行相干光信号接收单元；其特殊之处在于：所述并行相干光信号发射单元包括通过光纤依次连接的光孤子晶体频梳源一、解波分复用器一、多路并行设置的相干光调制器和波分复用器；所述光孤子晶体频梳源一用于产生载波光孤子晶体频梳；所述解波分复用器一用于将所述载波光孤子晶体频梳分离为多路独立的光学载波：其中一路光学载波直接连接到所述波分复用器相应波长输入端；其余光学载波先分别被相应的所述相干光调制器进行数据调制，被调制后的光信号再分别连接到所述波分复用器相应波长输入端；经所述波分复用器复用的光信号作为并行相干光信号发射单元的输出；所述并行相干光信号接收单元包括解波分复用器二、多路并行设置的相干光解调器、多路并行设置的光电探测器、光孤子晶体频梳源二、解波分复用器三和多路并行设置的数字信号处理单元；所述解波分复用器二用于将所述并行相干光信号发射单元输出的光信号进行波长分离，其中，未经调制的一路光信号接入所述光孤子晶体频梳源二作为其泵浦光，被调制后携带通信信息的光信号分别送入相应的所述相干光解调器；所述光孤子晶体频梳源二用于产生本振光孤子晶体频梳；所述解波分复用器三用于将所述本振光孤子晶体频梳分离为与所述被调制后携带通信信息的光信号频率近似同频的一组本振光信号；所述本振光信号分别接入相应的所述相干光解调器的本振输入端；所述相干光解调器用于对所述被调制后携带通信信息的光信号进行解调；所述光电探测器用于将所述相干光解调器解调后的光信号转换为电信号，并输入到所述数字信号处理单元，完成信号的解调输出。进一步地，所述光孤子晶体频梳源一的自由光谱范围为50GHz、100GHz或者与波分复用光通信系统波长一致。进一步地，所述光孤子晶体频梳源一包括依次连接的连续光激光器、光学放大器一、偏振控制器一、微环谐振腔一和光学隔离器一，所述微环谐振腔一外还设置有温度控制单元一。进一步地，所述连续光激光器采用频率稳定、固定波长的窄线宽激光器或者扫频窄线宽激光器；光学放大器一采用掺饵光纤放大器、拉曼光纤放大器或者高功率半导体光学放大器；偏振控制器一采用高功率型光纤偏振控制器；微环谐振腔一采用Q值>105的光学微型谐振腔，其自由光谱范围为50GHz、100GHz或者与波分复用光通信系统波长一致；光学隔离器一采用光纤型光学隔离器。进一步地，所述光孤子晶体频梳源二包括依次连接的光滤波器、光学放大器二、偏振控制器二、微环谐振腔二和光学隔离器二，微环谐振腔二外还设置有温度控制单元二。进一步地，所述光滤波器采用带有光纤接口的光学滤波器，其中心波长与所述并行相干光信号发射单元输出光信号中未被调制的光信号波长相同；微环谐振腔二与所述微环谐振腔一具有相同的自由光谱范围。进一步地，所述解波分复用器一、波分复用器、解波分复用器二和解波分复用器三的自由光谱范围均与所述微环谐振腔一的自由光谱范围一致，各通带的中心频率均与波分复用光通信系统协议规定的中心频率相一致。进一步地，所述解波分复用器一、波分复用器、解波分复用器二和解波分复用器三均采用波导阵列光栅解波分复用器、滤波器型解波分复用器或者其它光栅型解波分复用器；所述相干光调制器采用IQ型相干光信号调制器或者马赫‐曾德尔相干光信号调制器。进一步地，所述光孤子晶体频梳源一和光孤子晶体频梳源二的微腔均采用片上集成的微腔结构；所述解波分复用器一、相干光调制器与所述光孤子晶体频梳源一的微腔集成于同一片上；解波分复用器二和相干光解调器与所述光孤子晶体频梳源二的微腔集成于同一片上。进一步地，所述光纤链路采用与现有光纤通信中所使用的光纤链路兼容的结构。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术在发射端用光孤子晶体频梳源作为通信系统的光源，可以同时产生数十路甚至更多的光载波，降低了相干光通信系统发射端对窄线宽激光器的需求量，与传统的相干光通信系统相比，极大的降低了成本；在接收端用另一个光孤子晶体频梳源为相干光解调器提供本振光信号，系统中的两个光孤子晶体频梳源用同一个激光器发出的光信号作为其泵浦光，因此本振光与光载波信号近似同频，一致性好，具有很好的相干性，无需精确控制激光器的发射波长，降低了系统对激光器的性能要求。2、本专利技术所采用的光孤子晶体频梳源是基于微腔内的参量过程产生光频梳的，所产生的光频梳是一种低噪态的光频梳，各个波长的线宽和噪声与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，包括通过光纤链路(2)连接的并行相干光信号发射单元(1)和并行相干光信号接收单元(3)；其特征在于：所述并行相干光信号发射单元(1)包括通过光纤依次连接的光孤子晶体频梳源一(11)、解波分复用器一(12)、多路并行设置的相干光调制器(13)和波分复用器(14)；所述光孤子晶体频梳源一(11)用于产生载波光孤子晶体频梳；所述解波分复用器一(12)用于将所述载波光孤子晶体频梳分离为多路独立的光学载波：其中一路光学载波直接连接到所述波分复用器(14)相应波长输入端；其余光学载波先分别被相应的所述相干光调制器(13)进行数据调制，被调制后的光信号再分别连接到所述波分复用器(14)相应波长输入端；经所述波分复用器(14)复用的光信号作为并行相干光信号发射单元(1)的输出；所述并行相干光信号接收单元(3)包括解波分复用器二(31)、多路并行设置的相干光解调器(32)、多路并行设置的光电探测器(33)、光孤子晶体频梳源二(34)、解波分复用器三(35)和多路并行设置的数字信号处理单元(36)；所述解波分复用器二(31)用于将所述并行相干光信号发射单元(1)输出的光信号进行波长分离，其中，未经调制的一路光信号接入所述光孤子晶体频梳源二(34)作为其泵浦光，被调制后携带通信信息的光信号分别送入相应的所述相干光解调器(32)；所述光孤子晶体频梳源二(34)用于产生本振光孤子晶体频梳；所述解波分复用器三(35)用于将所述本振光孤子晶体频梳分离为与所述被调制后携带通信信息的光信号频率近似同频的一组本振光信号；所述本振光信号分别接入相应的所述相干光解调器(32)的本振输入端；所述相干光解调器(32)用于对所述被调制后携带通信信息的光信号进行解调；所述光电探测器(33)用于将所述相干光解调器(32)解调后的光信号转换为电信号，并输入到所述数字信号处理单元(36)，完成信号的解调输出。...

【技术特征摘要】
1.基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，包括通过光纤链路(2)连接的并行相干光信号发射单元(1)和并行相干光信号接收单元(3)；其特征在于：所述并行相干光信号发射单元(1)包括通过光纤依次连接的光孤子晶体频梳源一(11)、解波分复用器一(12)、多路并行设置的相干光调制器(13)和波分复用器(14)；所述光孤子晶体频梳源一(11)用于产生载波光孤子晶体频梳；所述解波分复用器一(12)用于将所述载波光孤子晶体频梳分离为多路独立的光学载波：其中一路光学载波直接连接到所述波分复用器(14)相应波长输入端；其余光学载波先分别被相应的所述相干光调制器(13)进行数据调制，被调制后的光信号再分别连接到所述波分复用器(14)相应波长输入端；经所述波分复用器(14)复用的光信号作为并行相干光信号发射单元(1)的输出；所述并行相干光信号接收单元(3)包括解波分复用器二(31)、多路并行设置的相干光解调器(32)、多路并行设置的光电探测器(33)、光孤子晶体频梳源二(34)、解波分复用器三(35)和多路并行设置的数字信号处理单元(36)；所述解波分复用器二(31)用于将所述并行相干光信号发射单元(1)输出的光信号进行波长分离，其中，未经调制的一路光信号接入所述光孤子晶体频梳源二(34)作为其泵浦光，被调制后携带通信信息的光信号分别送入相应的所述相干光解调器(32)；所述光孤子晶体频梳源二(34)用于产生本振光孤子晶体频梳；所述解波分复用器三(35)用于将所述本振光孤子晶体频梳分离为与所述被调制后携带通信信息的光信号频率近似同频的一组本振光信号；所述本振光信号分别接入相应的所述相干光解调器(32)的本振输入端；所述相干光解调器(32)用于对所述被调制后携带通信信息的光信号进行解调；所述光电探测器(33)用于将所述相干光解调器(32)解调后的光信号转换为电信号，并输入到所述数字信号处理单元(36)，完成信号的解调输出。2.根据权利要求1所述的基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，其特征在于：所述光孤子晶体频梳源一(11)的自由光谱范围为50GHz、100GHz或者与波分复用光通信系统波长一致。3.根据权利要求1或2所述的基于微腔光孤子晶体频梳的相干光通信系统，其特征在于：所述光孤子晶体频梳源一(11)包括依次连接的连续光激光器(111)、光学放大器一(112)、偏振控制器一(113)、微环谐振腔一(114)和光学隔离器一(116)，所述微环谐振腔一(114)外还设置有温度控制单元一(115)。4.根据权利要求3所述的基于微腔光孤子晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟强，卢志舟，张文富，赵卫，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61