一种光信号的频率调控方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种光信号的频率调控方法及装置，包括：向两个相位调制器组成的级联结构入射光信号，通过控制两个相位调制器驱动电信号的相位，调控光信号的频率演化：当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号的幅度固定且其相位为π/2时，能获得最大的红移和最小的频谱展宽；当电信号的幅度固定且其相位为‑π/2时，能获得最大的蓝移和最小的频谱展宽；当电信号的相位为0或π时，能获得最大的频率展宽和为零的频率移动；当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号反相时，能实现频率梳的负折射；当入射光信号为单频光信号时，通过改变两个相位调制器电信号的相位差，可调控频率梳的产生，实现输出频率梳宽度从最宽到单个频率连续可调。

A method and device for frequency regulation of optical signals

The present invention discloses a method and device for frequency control of optical signals, including: incident optical signals to a cascade structure composed of two phase modulators, and controlling the frequency evolution of optical signals by controlling the phase of the electrical signals driven by two phase modulators: when the incident optical signals are frequency combs, if the telecommunications of two phase modulators are used. When the amplitude of the signal is fixed and its phase is pi/2, the maximum red shift and the minimum spectrum broadening can be obtained; when the amplitude of the signal is fixed and its phase is pi/2, the maximum blue shift and the minimum spectrum broadening can be obtained; when the phase of the signal is 0 or pi, the maximum frequency broadening and the zero frequency shift can be obtained; when the input is pi/2, the maximum blue shift and the minimum spectrum broadening can be achieved. The negative refraction of the frequency comb can be realized if the electric signals of the two phase modulators are reversed when the incident light signals are single-frequency optical signals. When the incident light signals are single-frequency optical signals, the frequency comb can be controlled by changing the phase difference between the two phase modulators, and the output frequency comb width can be continuously from the widest to the single frequency. Adjustable.

【技术实现步骤摘要】
一种光信号的频率调控方法及装置
本专利技术涉及光信号处理
，更具体地，涉及一种光信号的频率调控方法及装置。
技术介绍
频率是光子的一个基本自由度，调控光子频率无论在基础物理研究还是实际应用中都有重要的意义。在基础研究如超快光谱学中，通过光谱分析可获取原子分子的振动转动能级信息；在波分复用光通信中，频率作为一种重要的复用维度，可极大地增加光通信容量；另外在光学精密测量中，频率也是一个重要的探测手段，如天文观测中根据光谱移动可测定宇宙膨胀速度，另外频率探测在汽车测速，流速检测等工业领域也有重要应用。调控光子频率的方法通常有两种：非线性光学效应和光学动态调制。传统方式是利用光学非线性效应如：和频、差频效应和光学四波混频等。但是非线性效应存在着频率转换效率低，需要很高的泵浦光功率，只适用于特定入射波长等方面的限制。另外一种调控光子频率的方式是光学动态调制如：声光，电光调制和光机械振动等。相对于光学非线性效应，动态调制具有转换效率高，无需光学泵浦，不依赖特定入射频率等优势。但由于声光调制，电光调制的调制幅度存在上限且不能灵活可调，因此相应的频率转换效率和转换方向(红移或蓝移)不能灵活可调：因此迫切需要一种新的机制和方法实现频率转换效率及方向的实时控制和连续可调。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有光信号频率调控方法对光信号频率转换效率及方向不可实时控制和连续可调的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种光信号的频率调控方法，包括：向两个相位调制器组成的级联结构入射光信号，通过控制两个相位调制器驱动电信号的相位，调控所述光信号的频率演化：当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号同相调制且改变调制相位时，则输出频率梳的频率移动和展宽连续可调：当所述电信号的幅度固定且其相位为π/2时，能获得最大的红移和最小的频谱展宽；当所述电信号的幅度固定且其相位为-π/2时，能获得最大的蓝移和最小的频谱展宽；当所述电信号的相位为0或π时，能获得最大的频率展宽和为零的频率移动；当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号相位不等，则能实现频率梳的折射，当两个相位调制器的电信号反相时，能实现频率梳的负折射；当入射光信号为单频光信号时，通过改变两个相位调制器电信号的相位差，可调控频率梳的产生，实现输出频率梳的宽度从最宽到单个频率连续可调：当相位差为0时，输出频率梳的宽度最宽；当相位差为π时，输出为单个频率的光信号。可选地，长度为L的相位调制器，相位调制深度为对于有限宽度初始布洛赫动量为φ0的频率梳，频率维度的群速度vg为：vg＝-2CΩsin(φ0-φ)，频率梳波包中心移动Δω为：其中，C为耦合强度，Ω为调制频率，φ0为沿频率维度的初始布洛赫动量，φ为调制初始相位；除了频率梳波包中心的移动，频率梳波包宽度也会由于衍射而展宽，展宽程度由衍射系数D决定D＝2CΩ2cos(φ0-φ)；当相位差φ0-φ＝±π/2时，频率中心移动最大为且宽度展宽最小为0，频率梳发生无衍射平移；当相位差为φ0-φ＝0或π时，频率移动最小为0且宽度展宽最大为2CΩ2；当|φ0-φ|从0到π/2，或从π/2到π之间连续变化时，频率梳的平移和宽度展宽可以连续可调。可选地，当级联两个具有不同调制相位φ1,φ2的相位调制器时，频率梳在两相位调制器之间会发生折射，考虑两调制器的调制幅度相等，对应的相对折射率n12(φ0)为：n12(φ0)＝cos(φ0-φ1)/cos(φ0-φ2)；调节两个相位调制器的初始相位，可以调控频率梳的折射，当两个相位调制器的调制相位反相即φ2＝φ1+π时，相对折射率为n12(φ0)＝-1，频率梳发生负折射，且输出频率梳和输入频率梳相同。可选地，单频光信号入射时，初始的电场分布为时，两个相位调制器的调制深度均为调制相位分别为φ1，φ2；输出的电场分布为对应的幅度谱为其中，a0为频率梳的幅度，Jn为n阶贝塞尔函数，ω0为入射频率，Δφ两个相位调制的调制相位差。当两个相位调制器同相调制即相位差为0时，输出频率梳幅度谱为得到的频率梳宽度最宽；当两相位调制器反相调制即相位差为π时，|an|＝a0|Jn(0)|，得到单个频率光信号，且和初始单个频率相同，从而实现单个频率的恢复；当相位差从0到π连续变化时，输出的频率梳的宽度也连续可调。第二方面，本专利技术提供一种光信号的频率调控装置，其特征在于，包括：连续激光器1、第一掺铒光纤放大器2、第一偏振控制器3、第一电光相位调制器4、第二掺铒光纤放大器5、第二偏振控制器6、第二电光相位调制器7、锁模激光器9、可调光学滤波器10、第一射频衰减器11、第一射频放大器12、第二射频放大器13、第二射频衰减器14、第三射频衰减器15、第一射频移相器16、第一50/50功率分配器17、第二射频移相器18、第三射频移相器19、第二50/50功率分配器20以及射频信号源21；其中，连续激光器1用于产生单个频率的激光；第一掺铒光纤放大器2用于将连续激光器1产生的单个频率的激光进行功率放大；第一偏振控制器3用于调节第一掺铒光纤放大器2输出的功率放大后的单个频率激光的偏振态，使其满足第一相位调制器4所需的工作偏振状态；第一电光相位调制器4用于对第一偏振控制器输出的调节偏振态后的单个频率的激光进行相位调制，从而引起光子模式跃迁，形成频率梳；第二掺铒光纤放大器5用于对第一相位调制器4出射的频率梳进行功率放大；第二偏振控制器6用于调节第二掺铒光纤放大器5输出的功率放大后的频率梳的偏振态；第二电光相位调制器7用于对第二偏振控制器6出射的调节偏振态后的频率梳进行相位调制，从而改变频率梳的形状。锁模激光器9用于产生频率梳；可调光学滤波器10用于改变锁模激光器9产生的频率梳的包络；第一射频衰减器11用于调节锁模激光器的频率梳信号强度；第一射频放大器12和第二射频衰减器14用于调节施加在第一电光相位调制器4上的驱动电信号的幅值，从而驱动第一电光相位调制器；第二射频放大器13和第三射频衰减器15用于调节施加在第二电光相位调制器7上的驱动电信号的幅值，从而驱动第二电光相位调制器；第一射频移相器16用于调节进入第一相位调制器4的驱动电信号的初始相位，并将调节初始相位后的驱动电信号发送给第一射频放大器12和第二射频衰减器14；第二射频移相器18用于调节进入第二相位调制器7的驱动电信号的初始相位，并将调节初始相位后的驱动电信号发送给第二射频放大器13和第三射频衰减器15；第一50/50功率分配器17用于对所述驱动电信号进行功率分配，保证施加在第一相位调制器4和第二相位调制器7上的驱动电信号强度相等；射频信号源21用于产生正弦射频信号作为所述驱动电信号；第三射频移相器20用于调节两个电光相位调制器相对于锁模激光器的相位差；第二50/50功率分配器19用于对两个电光相位调制器和锁模激光器的电信号功率进行分配。可选地，该光信号频率调控装置还包括：光谱分析仪8；光谱分析仪8用于探测和记录出射的光谱。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)在输入为频率梳的情况下，通过改变锁模激光器和两相位调制器的相位差，能实现输入频率梳的平移和带宽展宽的连续精确可调。(2)在输入为频率梳的情况下，通过选取相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光信号的频率调控方法，其特征在于，包括：向两个相位调制器组成的级联结构入射光信号，通过控制两个相位调制器驱动电信号的相位，调控所述光信号的频率演化：当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号同相调制且改变调制相位时，则输出频率梳的频率移动和展宽连续可调：当所述电信号的幅度固定且其相位为π/2时，能获得最大的红移和最小的频谱展宽；当所述电信号的幅度固定且其相位为‑π/2时，能获得最大的蓝移和最小的频谱展宽；当所述电信号的相位为0或π时，能获得最大的频率展宽和为零的频率移动；当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号相位不等，则能实现频率梳的折射，当两个相位调制器的电信号反相时，能实现频率梳的负折射；当入射光信号为单频光信号时，通过改变两个相位调制器电信号的相位差，可调控频率梳的产生，实现输出频率梳的宽度从最宽到单个频率连续可调：当相位差为0时，输出频率梳的宽度最宽；当相位差为π时，输出为单个频率的光信号。

【技术特征摘要】
1.一种光信号的频率调控方法，其特征在于，包括：向两个相位调制器组成的级联结构入射光信号，通过控制两个相位调制器驱动电信号的相位，调控所述光信号的频率演化：当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号同相调制且改变调制相位时，则输出频率梳的频率移动和展宽连续可调：当所述电信号的幅度固定且其相位为π/2时，能获得最大的红移和最小的频谱展宽；当所述电信号的幅度固定且其相位为-π/2时，能获得最大的蓝移和最小的频谱展宽；当所述电信号的相位为0或π时，能获得最大的频率展宽和为零的频率移动；当入射光信号为频率梳时，若两个相位调制器的电信号相位不等，则能实现频率梳的折射，当两个相位调制器的电信号反相时，能实现频率梳的负折射；当入射光信号为单频光信号时，通过改变两个相位调制器电信号的相位差，可调控频率梳的产生，实现输出频率梳的宽度从最宽到单个频率连续可调：当相位差为0时，输出频率梳的宽度最宽；当相位差为π时，输出为单个频率的光信号。2.根据权利要求1所述的光信号的频率调控方法，其特征在于，长度为L的相位调制器，相位调制深度为对于有限宽度初始布洛赫动量为φ0的频率梳，频率维度的群速度vg为：vg＝-2CΩsin(φ0-φ)，频率梳波包中心移动Δω为：其中，C为耦合强度，Ω为调制频率，φ0为沿频率维度的初始布洛赫动量，φ为调制初始相位；除了频率梳波包中心的移动，频率梳波包宽度也会由于衍射而展宽，展宽程度由衍射系数D决定D＝2CΩ2cos(φ0-φ)；当相位差φ0-φ＝±π/2时，频率中心移动最大为且宽度展宽最小为0，频率梳发生无衍射平移；当相位差为φ0-φ＝0或π时，频率移动最小为0且宽度展宽最大为2CΩ2；当|φ0-φ|从0到π/2，或从π/2到π之间连续变化时，频率梳的平移和宽度展宽可以连续可调。3.根据权利要求2所述的光信号的频率调控方法，其特征在于，当级联两个具有不同调制相位φ1,φ2的相位调制器时，频率梳在两相位调制器之间会发生折射，考虑两调制器的调制幅度相等，对应的相对折射率n12(φ0)为：n12(φ0)＝cos(φ0-φ1)/cos(φ0-φ2)；调节两个相位调制器的初始相位，可以调控频率梳的折射，当两个相位调制器的调制相位反相即φ2＝φ1+π时，相对折射率为n12(φ0)＝-1，频率梳发生负折射，且输出频率梳和输入频率梳相同。4.根据权利要求2所述的光信号的频率调控方法，其特征在于，单频光信号入射时，初始的电场分布为时，两个相位调制器的调制深度均为调制相位分别为φ1，φ2；输出的电场分布为对应的幅度谱为其中，a0为频率梳的幅度，Jn为n阶贝塞尔函数，ω0为入射频率，Δφ两个相位调制的调制相位差；当两个相位调制器同相调制即相位差为0时，输出频率梳幅度谱为得到的频率梳宽度最宽；当两相位调制器反相调制即相位差为π时，|...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，秦承志，陆培祥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42