基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生装置及方法与流程

1.本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生装置及方法。


背景技术：

2.当今互联网每秒钟传输着几百万亿(～10
14
)比特的数据，消耗世界总电量的9％，而且还在以每年20
‑
30％的速度持续增长。尽管世界范围内已经铺设了大量基于普通单模单芯光纤以及波分复用(wdm)技术的光纤通信系统，受限于光纤非线性等因素，当前的光传输容量已经接近瓶颈。为了进一步提高传输容量，多维度的复用技术(如超宽带波分、空分复用等)开始被采用。超宽带复用技术需要使用数量众多、波长不同的高品质激光器作为发射激光源。然而激光器数量的增加将引起系统能耗随之增加，限制了光通信系统容量的进一步提升。为此，急需一种能够实现输出带宽宽、载波间隔可调谐的光频梳产生技术，以支持未来超大容量光纤通信系统提供技术支持。
3.目前，基于单个种子激光源产生的频率锁定多载波光源，即光频梳，是实现大容量光纤通信系统的关键器件。最近，基于光纤非线性的电光调制光频梳产生技术因其载波频率间隔灵活可调、带宽宽受到了广泛研究。但其结构复杂，不易集成。如何简单有效地实现宽带可调谐光频梳产生，是一个需要解决的重点和难点问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生装置及方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生方法：包括以下步骤：
7.s1.可调谐种子激光源发射单一频率的光信号，在射频驱动信号模块的作用下，经光电调制模块后产生原始种子光频梳信号；
8.s2.所述原始种子光频梳信号经过光放大器和光滤波器，进行功率放大和噪声滤除，得到高性能种子光频梳信号；
9.s3.所述高性能种子光频梳信号经过一个2
×
2的光耦合器，所述一个2
×
2的光耦合器一个输出端经多芯光纤扇入扇出模块，并在光耦合器的另一输入端输出优化光频梳信号；
10.s4.优化光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第一个单模光纤纤芯进行时域脉冲压缩，再经多芯光纤扇入扇出模块，输出时域压缩光频梳信号；
11.s5.所述时域压缩光频梳信号输入至另一个光耦合器，完成对高性能种子光频梳信号的质量进一步优化，并由光耦合器的输入端输出二次优化光频梳信号；
12.s6.所述二次优化光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的另一个单模光纤纤芯进行二次时域脉冲压缩，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出时域二
次压缩光频梳信号；
13.s7.所述二次压缩光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第三个色散平坦高非线性光纤纤芯，完成光频梳带宽展宽，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出超宽带可调谐光频梳信号。
14.进一步的，所述步骤s3还包括以下步骤：所述高性能种子光频梳信号经过2
×
2的光耦合器后，所述2
×
2的光耦合器其一个输出端经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第一个高非线性光纤纤芯，经多芯光纤扇入扇出模块，将所述多芯光纤扇入扇出模块输出端口与光耦合器的另一输出端相连，形成光纤非线性环形回路，完成对高性能种子光频梳信号的质量优化。
15.进一步的，所述步骤s5还包括以下步骤：所述时域压缩光频梳信号输入至另一个光耦合器后，所述光耦合器的一个输出端口的光信号经过光放大器后，连接至异质多芯光纤中的第二个高非线性光纤纤芯，之后经多芯光纤扇入扇出模块，将其输出端口经过一个可调光衰减器后，与光耦合器的另一输出端相连，形成放大的光纤非线性环形回路，经过多芯光纤扇入扇出模块连接至形成光纤非线性环形环路，完成对高性能种子光频梳信号的质量进一步优化。
16.一种基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生装置，包括光耦合器、多芯光纤扇入扇出模块、异质多芯光纤、光放大器、可调光衰减器和输出模块；
17.所述光耦合器为2
×
2光耦合器用于实现两路信号的耦合，并形成闭合环路和输出光信号；
18.所述多芯光纤扇入扇出模块用于将输入信号与异质多芯光纤中的特定类型光纤进行连接；
19.所述异质多芯光纤用于提供不同类型的光纤纤芯，用于完成信号压缩整形和带宽拓展；
20.所述光放大器主要用于放大原始光频梳信号，提高光频梳信号输出功率；
21.所述可调光衰减器主要用于调节环路中的光信号功率，提高光频梳信号输出质量；
22.所述输出模块主要用于输出光频梳产生的载波信号光。
23.本发明的有益效果是：结构简单、稳定性好、带宽宽和有效载噪比高等特点。
附图说明
24.图1为本发明结构示意图；
25.图中：1
‑
可调谐激光源；2
‑
电光调制模块；3
‑
本振信号；4
‑
光放大器；5
‑
滤波器；6
‑
光耦合器；7
‑
多芯光纤扇入扇出模块；8
‑
异质多芯光纤；9
‑
可调光衰减器；10
‑
输出模块。
具体实施方式
26.下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.参阅图1：
28.基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生装置主要包括，一是原始种子光频梳信号的产生：可调谐激光源1发射的单频率光信号经过电光调制模块2，在射频信号驱动模块的作用下，产生一定宽度的光频梳，并经过光放大器4和滤波器5，产生原始种子光频梳信号；
29.二是异质多芯光纤中的非线性信号压缩过程：原始种子光频梳信号经光耦合器6和多芯光纤扇入扇出模块7进入异质多芯光纤8，在其单模光纤纤芯和高非线性光纤纤芯，以及光放大器4和可调光衰减器9的作用下，对输入的原始种子光频梳信号进行时域脉冲压缩和整形，产生高峰值功率、窄脉冲宽度的优化光频梳信号；
30.三是优化光频梳信号的带宽拓展过程：优化光频梳信号，再次经异质多芯光纤8中的色散平坦高非线性光纤纤芯，产生超宽带可调谐光频梳信号，产生结果由输出模块10输出。
31.在本发明中，一种基于异质多芯光纤的超宽带可调谐光频梳产生方法包括以下步骤：
32.s1.可调谐种子激光源发射单一频率的光信号，在射频驱动信号模块的作用下，经光电调制模块后产生原始种子光频梳信号；
33.s2.原始种子光频梳信号经过光放大器和光滤波器，进行功率放大和噪声滤除，得到高性能种子光频梳信号；
34.s3.高性能种子光频梳信号经过一个2
×
2的光耦合器，其一个输出端经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第一个高非线性光纤纤芯，之后经多芯光纤扇入扇出模块，将其输出端口与光耦合器的另一输出端相连，形成光纤非线性环形回路，完成对高性能种子光频梳信号的质量优化，并在光耦合器的另一输入端输出优化光频梳信号；
35.s4.优化光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第一个单模光纤纤芯进行时域脉冲压缩，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出时域压缩光频梳信号；
36.s5.时域压缩光频梳信号，经另一个光耦合器相连，光耦合器的一个输出端口的光信号经过光放大器后，连接至异质多芯光纤中的第二个高非线性光纤纤芯，之后经多芯光纤扇入扇出模块，将其输出端口经过一个可调光衰减器后，与光耦合器的另一输出端相连，形成放大的光纤非线性环形回路，经过多芯光纤扇入扇出模块连接至形成光纤非线性环形环路，完成对高性能种子光频梳信号的质量进一步优化，并在光耦合器的另一输入端输出二次优化光频梳信号；
37.s6.二次优化光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的另一个单模光纤纤芯进行二次时域脉冲压缩，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出时域二次压缩光频梳信号；
38.s7.二次压缩光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第三个色散平坦高非线性光纤纤芯，完成光频梳带宽展宽，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出超宽带可调谐光频梳信号。
39.上述s1的具体步骤为：可调谐种子激光源输出单频率为f0种子光信号，经过光电调制模块，在射频驱动信号模块产生频率为fm的射频信号，并经过电信号放大模块和直流偏置模块的作用后，对输入种子光信号进行强度和相位调制，产生原始种子光频梳信号，其
中原始种子光频梳信号的频率间隔为射频信号频率fm。
40.可调谐种子激光源中心波长工作在c波段(1530
‑
1565nm)或l波段(1570
‑
1620nm)；
41.光电调制模块包括光强度调制器和光相位调制器，光强度调制器对种子光信息进行强度调制，在时域上产生一个光脉冲信号，光相位调制器对经过光强度调制器后的光信号进行相位调制，引入一定的相位啁啾，在频域上产生一定宽度的种子光频梳信号；
42.射频信号驱动模块包括射频信号源、电信号放大模块和直流偏置模块，射频信号源用于产生频率为fm的射频信号；电信号放大模块用于放大射频驱动信号；直流偏置信号用于提供光调制器所需直流偏置电压。
43.上述s2的具体步骤为：原始种子光频梳信号经过光放大器和光滤波器，进行功率放大和噪声滤除，得到高性能种子光频梳信号。
44.光放大器主要用于放大原始光频梳信号，提高光频梳信号输出功率；
45.光滤波器主要用于滤除经光放大器后的部分放大噪声，提高光频梳信号质量；
46.上述s3的具体步骤为：高性能种子光频梳信号经过一个2
×
2的光耦合器，其一个输出端经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第一个高非线性光纤纤芯，之后经多芯光纤扇入扇出模块，将其输出端口与光耦合器的另一输出端相连，形成光纤非线性环形回路，完成对高性能种子光频梳信号的质量优化，并在光耦合器的另一输入端输出优化光频梳信号。
[0047]2×
2光耦合器用于实现两路信号的耦合，并形成闭合环路和输出光信号；
[0048]
多芯光纤扇入扇出模块用于将输入信号与异质多芯光纤中的特定类型光纤进行连接；
[0049]
异质多芯光纤用于提供不同类型的光纤纤芯，完成信号压缩整形和带宽拓展。
[0050]
上述s4的具体步骤为：优化光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第一个单模光纤纤芯进行时域脉冲压缩，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出时域压缩光频梳信号。
[0051]
多芯光纤扇入扇出模块用于输出异质多芯光纤中的特定类型光纤的传输信号；
[0052]
上述s5的具体步骤为：时域压缩光频梳信号，经另一个光耦合器相连，光耦合器的一个输出端口的光信号经过光放大器后，连接至异质多芯光纤中的第二个高非线性光纤纤芯，之后经多芯光纤扇入扇出模块，将其输出端口经过一个可调光衰减器后，与光耦合器的另一输出端相连，形成放大的光纤非线性环形回路，经过多芯光纤扇入扇出模块连接至形成光纤非线性环形环路，完成对高性能种子光频梳信号的质量进一步优化，并在光耦合器的另一输入端输出二次优化光频梳信号；。
[0053]
耦合器为2
×
2光耦合器，用于实现两路信号的耦合，并形成闭合环路和输出光信号；
[0054]
光放大器主要用于放大原始光频梳信号，提高光频梳信号输出功率；
[0055]
可调光衰减器主要用于调节环路中的光信号功率，提高光频梳信号输出质量；
[0056]
多芯光纤扇入扇出模块用于输出异质多芯光纤中的特定类型光纤的传输信号；
[0057]
上述s6的具体步骤为：二次优化光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的另一个单模光纤纤芯进行二次时域脉冲压缩，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出时域二次压缩光频梳信号。
[0058]
多芯光纤扇入扇出模块用于输出异质多芯光纤中的特定类型光纤的传输信号；
[0059]
上述s7的具体步骤为：二次压缩光频梳信号经多芯光纤扇入扇出模块，连接异质多芯光纤中的第三个色散平坦高非线性光纤纤芯，完成光频梳带宽展宽，之后经多芯光纤扇入扇出模块，输出超宽带可调谐光频梳信号。
[0060]
多芯光纤扇入扇出模块用于输出异质多芯光纤中的特定类型光纤的传输信号。
[0061]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。