CN101321019B - 产生精确波长间隔和高平坦度的多波长光源的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种产生具有精确信道间隔和高平坦度的多波长光源的装置和方法，属于光通信技术领域。装置包括一个可调种子光源、一个射频信号源、一个单臂马赫曾德调制器、一个双平行马赫曾德调制器、一个功率分路器、三个电放大器和两个电移相器。方法为：一个单臂马赫曾德单臂调制器和一个双平行马赫曾德调制器相互级联，分别被低速射频信号驱动，通过选择两个调制器的偏置点分别为传输曲线的最高点和最低点，以及简单地控制调制器射频驱动信号的幅度和相位，得到频率间隔等于射频信号频率的包含9个波长的多波长光源。本发明产生的多波长光源具有很好的频谱纯度和相位相干性，平坦度高，不需要昂贵的高功率高频电放大器，大大降低了配置成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光通信技术领域的装置和方法，具体的说，是一种产生精确波长间隔和高平坦度的多波长光源的装置和方法。
背景技术
波分复用技术是一种新兴的光通信技术，是指在一根光纤上，同时传输不同波长的多个光信号。采用波分复用技术的光通信系统具有显著的优势：1、它能充分利用光纤的巨大带宽资源，极大的增加光纤线路的通信容量；2、在大容量长途传输时能节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本；3、与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；4、利用波分复用实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光层传送联网。5、相对相同速率的时分复用系统而言，可以大大降低系统对光纤色散调节的要求，亦即系统的色散受限距离大大延长；6、每个波长信道可以共享放大器的增益带宽，因而节省光放大器的投资费用，特别适合大容量长距离系统的扩容。波分复用技术不仅解决了容量问题，而且刺激了大量新业务的产生，引起了学术界和工业界越来越多的关注。超密集波分复用技术是波分复用的一种具体表现形式，是指在光纤中通过减小波长间隔复用更多的信号，以进一步提高系统容量，通常指波长间隔小于50-GHz的波分复用系统。在超密集波分复用系统中，一个重要的问题是如何得到具有精确波长间隔、高信道平坦度的多波长光源，以提高系统性能，减少配置成本。而基于光子频率相乘技术的多波长光源产生方法，因为实现方法简单，波长间隔精确稳定，相干性好，具有很高的可扩展性。而且采用一个单波长的种子光源就可以得到多波长光源，因而大大降低了系统的成本。
经对现有技术的文献检索发现，产生精确波长间隔和高平坦度的多波长光源的现有技术中，Masamichi Fujiwara等人发表在学术出版物《IEEE Journal of lightwave technology》(《IEEE光波技术期刊》)2003年第21卷中的文章“optical carrier supply module using flatted optical multicarrier generation based on sinusoidal amplitude and phase hybrid modulation(基于正弦幅度和相位混合调制的平坦光载波产生方法的光载波供应模块)”，提及采用一个马赫曾德强度调制器和一个相位调制器，采用光子频率相乘技术，一个单波长的种子光源产生了9个波长的多波长光源，因而减少了光源的数目和多光源监测的复杂性，降低了系统的成本。但是这个方案有如下的缺点：1、产生的多波长光源，信道的平坦性差，这将会引起波分复用传输系统的信号严重衰落；2、调制信号的驱动电压幅度很大，因此需要高功率的高速电放大器，增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有方案的缺点和不足，提出一种产生精确波长间隔和高平坦度的多波长光源的装置和方法，该装置结构简单、成本有效、性能稳定。本发明基于微波光子频率相乘技术，采用一个标准的单臂马赫曾德调制器和一个标准的双平行马赫曾德调制器，通过简单设置两个调制器的偏置电压，以及控制两个调制器驱动信号的相位和幅度，就可以得到具有精确波长间隔和高平坦度的多波长光源。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及的产生精确波长间隔和高平坦度的多波长光源的装置，包括：一个可调种子光源、一个射频信号源、一个单臂马赫曾德调制器、一个双平行马赫曾德调制器、一个功率分路器、三个电放大器和两个电移相器。可调种子光源的输出端口连接到单臂马赫曾德调制器的光输入端口。射频信号源输出的信号进入一个功率分路器，分成第一路射频信号、第二路射频信号和第三路射频信号。第一路射频信号连接到第一电放大器，第一电放大器的输出连接到单臂马赫曾德调制器的射频输入端口。单臂马赫曾德调制器的光输出端口连接到双平行马赫曾德调制器的光输入端口。第二路射频信号连接到第一移相器，第一电移相器的输出连接到第二电放大器的输入端口，第一电移相器的输出端口和双平行马赫曾德调制器中第一个子调制器的射频输入端口相连。第三路射频信号连接到第二移相器，第二电移相器的输出连接到第三电放大器的输入端口，第二电移相器的输出端口和双平行马赫曾德调制器中第二个子调制器的射频输入端口相连。最后，双平行马赫曾德调制器的光输出端口连接到光频谱仪进行测试。
所述双平行马赫曾德调制器，由集成在单个芯片上的两个子调制器组成，这两个子调制器具有同样的结构和性能。每个子调制器具有独立的射频信号输入端口和偏置端口。另外还有一个主偏置端口，可用来调节两个子调制器的输出。
本发明涉及的产生具有精确信道间隔和高平坦度的多波长光源的方法，是将一个单臂马赫曾德单臂调制器和一个双平行马赫曾德调制器相互级联，分别被低速射频信号驱动，通过选择两个调制器的偏置点分别为传输曲线的最高点和最低点，以及简单地控制调制器射频驱动信号的幅度和相位，得到频率间隔等于射频信号频率的包含9个波长的多波长光源。本发明采用线性的光频率相乘技术，产生的多波长光源具有很好的频谱纯度和相位相干性，平坦度高。该技术不需要昂贵的高功率高频电放大器，大大降低了配置成本。
本发明上述方法包括如下具体步骤：
步骤1，射频信号源产生频率为ωs的射频信号，用功分器分路后得到第一路射频信号、第二路射频信号和第三路射频信号。
所述功分器分路后得到的第一路射频信号、第二路射频信号和第三路射频信号的频率都是ωs。
步骤2，频率为ωc的单波长可调连续光，被单臂马赫曾德调制器调制。用第一路射频信号驱动单臂马赫曾德调制器，且偏置在其传输曲线的最高点，输出包含3个波长成分的光信号，分别为ωc频率成分和两个二阶谐波成分ωc±2ωs，它们的频率间隔为2倍射频信号频率。其它高次谐波成分功率很低，可以忽略不计。
步骤3，控制第一电放大器，调节第一路射频信号的幅度，使得光载波ωc和2个二次边带ωc+2ωs和ωc-2ωs的贝赛尔系数相等，因此单臂马赫曾德调制器输出的3个波长成分的光功率相同。
所述贝赛尔系数可通过查询贝赛尔函数表得到数值。
步骤4，单臂马赫曾德调制器产生的光信号输入到双平行马赫曾德调制器，分别被双平行马赫曾德调制器的两个子调制器调制。
步骤5，双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器偏置在传输曲线的最高点，第二路射频信号输入到第二电放大器和第一电移相器，驱动双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器。经过频谱搬移后，双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器输出包含5个波长成分的光信号，分别为ωc，ωc+2ωs，ωc-2ωs，ωc+4ωs和ωc-4ωs，它们的频率间隔为2倍射频信号频率。其它高次谐波成分功率很低，可以忽略不计。
步骤6，控制第二电放大器，调节第二路射频信号的幅度，同时调节第二电移相器，使得产生的5个波长成分的贝赛尔系数相等，因此双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器输出的5个波长成分的光功率相同。
步骤7，双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器偏置在传输曲线的最低点，第三路射频信号输入到第三电放大器和第二电移相器后，驱动双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器。经过频谱搬移后，驱动双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器输出包含4个波长成分的光信号，分别为ωc+ωs，ωc-ωs，ωc+3ωs和ωc-3ωs，它们的频率间隔为2倍射频信号频率。其它高次谐波成分功率很低，可以忽略不计。
步骤8，控制第三电放大器，调节第三路射频信号的幅度，同时调节第二电移相器，使得产生的4个波长成分的贝赛尔系数相等，因此驱动双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器输出的4个波长成分的光功率相同。
步骤9，设置双平行马赫曾德调制器的主偏置点，使得其第一个子调制器和第二个子调制器输出的光信号的相加，得到包含9个波长成分的光信号，分别为ωc，ωc±ωs，ωc±2ωs，ωc±3ωs和ωc±4ωs，它们的频率间隔等于射频信号频率。
步骤10，将双平行马赫曾德调制器的输出的信号连接到光频谱仪，测得包含9个波长的多载波光源。
将本发明与前文所提到的Masamichi Fujiwara等人发表的论文中所述的方法进行比较：1、本发明方法产生的多波长光源中，各个波长之间的功率变化小于0.8dB，平坦度高；Masamichi Fujiwara等人的方法产生的多波长光源中，各个波长之间的功率变化为2dB，平坦度低，将会影响系统的传输性能。2、本发明中，调制信号需要的最大峰峰值电压约为10-V；Andreas Wiberg等人的方法中，调制信号需要的最大峰峰值电压约为15-V，实际中，高功率高频电放大器是非常昂贵的器件。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明实施例示意图；
图3为本发明实施例结果图；
其中：图(a)是单臂马赫曾德调制器输出的光信号的光谱；图(b)为双平行马赫曾德调制器的子调制器A输出的光信号的光谱；图3(c)双平行马赫曾德调制器的子调制器B输出的光信号的光谱；图(d)为双平行马赫曾德调制器输出的光信号的光谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例的产生具有精确信道间隔和高平坦度的多波长光源的装置包括：一个可调种子光源、一个射频信号源、一个单臂马赫曾德调制器、一个双平行马赫曾德调制器、一个功率分路器、三个电放大器和两个电移相器。可调种子光源的输出端口连接到单臂马赫曾德调制器的光输入端口。射频信号源输出的信号进入一个功率分路器，分成第一路射频信号、第二路射频信号和第三路射频信号。第一路射频信号连接到第一电放大器，第一电放大器的输出连接到单臂马赫曾德调制器的射频输入端口。单臂马赫曾德调制器的光输出端口连接到双平行马赫曾德调制器的光输入端口。第二路射频信号连接到第一移相器，第一电移相器的输出连接到第二电放大器的输入端口，第一电移相器的输出端口和双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器的输入端口相连。第三路射频信号连接到第二移相器，第二电移相器的输出连接到第三电放大器的输入端口，第二电移相器的输出端口和双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器的输入端口相连。最后，双平行马赫曾德调制器的光输出端口连接到光频谱仪进行测试。
所述双平行马赫曾德调制器，由集成在单个芯片上的两个子调制器组成，这两个子调制器具有同样的结构和性能。每个子调制器具有独立的射频信号输入端口和偏置端口。另外还有一个主偏置端口，可用来调节两个子调制器的输出。
如图2所示，本发明的一种具体实施例。可调种子光源产生的波长为1548.88-nm的连续光波输入到单臂马赫曾德调制器。射频信号源产生的10-GHz的射频信号被一个功率分路器分成三路射频信号。第一路射频信号用来驱动单臂马赫曾德调制器，调制器的偏置电压设置为～6.2V，得到包含3个频率成分的光信号(图3(a)给出了光谱仪测得的光谱)，通过控制第一电放大器，使得第一路射频信号放大到～10V的峰峰值电压，此时三个频率成分的光功率相同，它们之间的频率间隔为20-GHz。单臂马赫曾德调制器输出的光信号输入到双平行马赫曾德调制器，其中子调制器A被第二路射频信号驱动，调制器的偏置电压设置为～6.5V，得到包含5个频率成分的光信号(图3(b)给出了光谱仪测得的光谱)。第一电移相器用来调节第二路射频信号的相位，并通过控制第二电放大器，使得第二路射频信号放大到～10V的峰峰值电压，此时得到的5个频率成分的光功率相同，它们之间的频率间隔为20-GHz。子调制器B被第三路射频信号驱动，偏置电压～0.7V，得到包含4个频率成分的光信号(图3(c)给出了光谱仪测得的光谱)。第二电移相器用来调节第三路射频信号的相位，并控制第三电放大器，使得第三路射频信号放大到～6V的峰峰值电压，此时得到的4个频率成分的光功率相同，它们之间的频率间隔为20-GHz。最后，调节双平行马赫曾德调制器主偏置电压为～4.2V，使得两个子调制器的输出相加，最终输出9个波长的光信号(图3(d)给出了用光谱仪测得的光谱)，它们之间的频率间隔为10-GHz。
如图3所示，是本发明应用于图2所示的结果。其中，图3(a)是单臂马赫曾德调制器输出的光信号的光谱，从光谱上可以看出，3个频率成分的光功率几乎相等，它们的幅度比高阶边带成分高出超过20-dB，这3个频率成分的频率间隔为20-GHz；图3(b)为双平行马赫曾德调制器的子调制器A输出的光信号的光谱，从光谱上可以看出，5个频率成分的频率间隔为20-GHz，光功率几乎相等；图3(c)双平行马赫曾德调制器的子调制器B输出的光信号的光谱，4个频率成分的光功率几乎相等，它们的频率间隔为20-GHz；图3(d)为双平行马赫曾德调制器输出的光信号的光谱，9个频率成分的光功率差只有0.8dB，它们的频率间隔为10-GHz。
Claims (4)
1.一种产生具有精确信道间隔和高平坦度的多波长光源的装置，包括：一个可调种子光源、一个射频信号源、一个单臂马赫曾德调制器、一个双平行马赫曾德调制器、一个功率分路器、三个电放大器和两个电移相器，其特征在于，其中双平行马赫曾德调制器由两个子调制器组成，可调种子光源的输出端口连接到单臂马赫曾德调制器的光输入端口，射频信号源输出的信号进入一个功率分路器，分成第一路射频信号、第二路射频信号和第三路射频信号，第一路射频信号连接到第一电放大器，第一电放大器的输出连接到单臂马赫曾德调制器的射频输入端口，单臂马赫曾德调制器的光输出端口连接到双平行马赫曾德调制器的光输入端口，第二路射频信号连接到第一移相器，第一电移相器的输出连接到第二电放大器的输入端口，第二放大器的输出端口和双平行马赫曾德调制器中第一个子调制器的射频输入端口相连，第三路射频信号连接到第二移相器，第二电移相器的输出连接到第三电放大器的输入端口，第二电移相器的输出端口和双平行马赫曾德调制器中第二个子调制器的射频输入端口相连，最后，双平行马赫曾德调制器的光输出端口连接到光频谱仪进行测试；
所述双平行马赫曾德调制器，由集成在单个芯片上的两个子调制器组成，这两个子调制器具有同样的结构和性能，每个子调制器具有独立的射频信号输入端口和偏置端口，另外还有一个主偏置端口，用来调节两个子调制器的输出。
2.一种产生精确波长间隔和高平坦度的多波长光源的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，射频信号源产生频率为ωs的射频信号，用功分器分路后得到第一路射频信号、第二路射频信号和第三路路射频信号；
步骤2，频率为ωc的单波长可调连续光，被单臂马赫曾德调制器调制，用第一路射频信号驱动单臂马赫曾德调制器，且偏置在其传输曲线的最高点，输出包含3个波长成分的光信号，分别为ωc频率成分和两个二阶谐波成分ωc±2ωs，它们的频率间隔为2倍射频信号频率；
步骤3，控制第一电放大器，调节第一路射频信号的幅度，使得光载波ωc和2个二次边带ωc+2ωs和ωc-2ωs的贝赛尔系数相等，因此单臂马赫曾德调制器输出的3个波长成分的光功率相同；
步骤4，单臂马赫曾德调制器产生的光信号输入到双平行马赫曾德调制器，分别被它的两个子调制器调制；
步骤5，双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器偏置在传输曲线的最高点，第二路射频信号经过第二电放大器和第一电移相器后，驱动第一个子调制器，经过频谱搬移后，第一个子调制器输出包含5个波长成分的光信号，分别为ωc，ωc+2ωs，ωc-2ωs，ωc+4ωs和ωc-4ωs，它们的频率间隔为2倍射频信号频率；
步骤6，控制第二电放大器，调节第二路射频信号的幅度，同时调节第一电移相器，使得产生的5个波长成分的贝赛尔系数相等，因此双平行马赫曾德调制器的第一个子调制器输出的5个波长成分的光功率相同；
步骤7，双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器偏置在传输曲线的最低点，第三路射频信号经过第三电放大器和第二电移相器后，驱动第二个子调制器，经过频谱搬移后，第二个子调制器输出包含4个波长成分的光信号，分别为ωc+ωs，ωc-ωs，ωc+3ωs和ωc-3ωs，它们的频率间隔为2倍射频信号频率；
步骤8，控制第三电放大器，调节第三路射频信号的幅度，同时调节第二电移相器，使得产生的4个波长成分的贝赛尔系数相等，因此双平行马赫曾德调制器的第二个子调制器输出的4个波长成分的光功率相同；
步骤9，设置双平行马赫曾德调制器的主偏置点，使得其两个子调制器输出的光信号的相加，得到包含9个波长成分的光信号，分别为ωc，ωc±ωs，ωc±2ωs，ωc±3ωs和ωc±4ωs，它们的频率间隔等于射频信号频率；
步骤10，将双平行马赫曾德调制器的输出的信号连接到光频谱仪，测得包含9个波长的多载波光源。
3.根据权利要求2所述的产生具有精确信道间隔和高平坦度的多波长光源的方法，其特征是，所述功分器分路后得到的第一路射频信号、第二路射频信号和第三路射频信号的频率都是ωs。
4.根据权利要求2所述的产生具有精确信道间隔和高平坦度的多波长光源的方法，其特征是，所述贝赛尔系数通过查询贝赛尔函数表得到数值。
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Granted publication date: 20110720 Termination date: 20140703 |
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