一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器的制作方法
本發明涉及光電子器件、微波光子學、全光數據處理領域，具體地講是一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器。
背景技術：
全光信號處理是解決光通量諸如大帶寬和高速通信等電信領域的主要問題的關鍵。全光信號處理中，三角形光脈沖因其有特殊的線性上升沿和線性下降沿，并且相互對稱的時域特征，在全光信號處理中具有廣泛的應用，因此三角形光脈沖的產生在光學系統中具有很大的研究價值。使用具有三角形脈沖的交叉相位調制，可實現光時分復用到波分復用的全光波長變換，還可以實現部分信號的再生。使時域或頻域光脈沖倍增的全光技術也依賴于在交叉相位調制中引入的三角形泵浦脈沖。使用具有三角形泵浦脈沖的交叉相位調制還可以實現全光信號的頻率轉換、脈沖壓縮和信號再生。另外，使用三角形脈沖可以實現基于光纖和偏移濾波中自相位調制的波長轉換器的性能得到兩倍改進。此外，三角形微波信號在現代雷達和天線系統、射頻通信系統、電子設備測試測量等領域也有廣泛的應用，因此輸出穩定的三角形信號具有很大的研究價值。因此，光子三角形脈沖發生器被認為是未來的全光網絡一個非常重要的設備。
近年來，國際上相繼報道了一系列三角形光脈沖光子發生器的研究成果。一種方案是通過光學梳妝發生器或者鎖模激光器作為相干光源，輸入到光譜整形器中，調整輸入的波形來得到預期的輸出波形。例如，2011年，西南交通大學的j.ye等人提到一種利用兩個級聯濾波器作為頻譜整形單元，并結合fttm，可以獲得三角形光脈沖(yej,yanl,panw,etal.photonicgenerationoftriangular-shapedpulsesbasedonfrequency-to-timeconversion[j].opticsletters.2011,36(8):1458-1460.)。但是該方案需要一個超短脈沖源，使得成本較高，結構較為復雜。為了降低成本，可將連續波激光器作為光源獲得三角形光脈沖。例如，j.li等人提出了諧波擬合的方式，利用馬赫增德爾調制器和光纖色散原件來產生對稱三角形脈沖(j.li，x.zhang，b.hraimel，t.ning,performanceanalysisofaphotonic-assistedperiodictriangular-shapedpulsesgenerator.lightwavetechnology,journalof,2012.30(11):p.1617-1624.)。該方案依賴于光纖色散和驅動頻率之間的關系，因此調諧性能較差。另一種方案是在時域對光包絡進行刻蝕和疊加。例如，j.yang等人提出利用分布式反饋半導體激光器的注入鎖定進程來完成期望諧波信號的產生，再以合適的功率比和時延對這些信號進行疊加來得到三角形光脈沖(y.jiang，c.ma，g.bai，z.jia,photonicgenerationoftriangularwaveformutilizingtime-domainsynthesis.photonicstechnologyletters,ieee,2015.27(16):p.1725-1728.)。但是調諧不夠靈活，系統比較復雜。上述三角形光脈沖發生器，調諧不夠靈活，系統結構較為復雜，因此設計一種結構簡單，價格便宜，能夠靈活調諧的光學三角脈沖的發生器是非常必要的。本發明僅通過調節射頻信號的驅動頻率和時延就可以實現重復頻率的調諧。
技術實現要素：
本發明是提供成本低的一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器。與傳統的生成方法不同，本裝置以連續波激光器為光源，采用一個單驅動的馬赫曾德調制器，使其工作于正交偏置點，此時輸出光信號類似于正弦信號。通過一個光功率分配器將正弦信號分為上下兩路，上支路通過一個偏振控制器，下支路通過一個偏振控制器和一個可調時延線。通過調節可調時延線來引入一定的時延。通過調節上下兩支路的偏振控制器，使兩個信號以正交偏振的狀態進行疊加，不會引入相干干擾。接下來通過偏振集束器將上下輛支路信號結合，從而獲得了具有可調諧重復頻率的三角形光脈沖。本裝置僅采用廉價的連續波激光器為光源，從而極大得降低成本。本方案的調制指數將不再固定在一個值，而是在一個合適的范圍內可調節，并且考慮到偏置點漂移，使得本裝置具有很高的商用價值。
本發明的技術方案：一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器，其特征在于：該三角形脈沖發生器包括，連續波激光器、單驅動平行馬赫曾德爾調制器、正弦波本地振蕩器、功率分配器、偏振控制器、偏振集束器、可調時延線；具體連接方式為：
連續波激光器的光輸出端接單驅動馬赫曾德爾調制器的光輸入端，正弦波本地振蕩器的電輸出端接單驅動馬赫曾德調制器的電驅動端口，單驅動馬赫曾德調制器的光輸出端接光功率分配器的光輸入端，光功率分配器的第一輸出端和第二輸出端分別接兩個偏振控制器的光輸入端，一個偏振控制器的光輸出端接偏振集束器的光輸入端，一個偏振控制器的光輸出端接可調時延線的光輸入端，可調時延線的光輸出端接偏振集束器的光輸入端，偏振集束器的光輸出端輸出三角形光脈沖。
調節偏置電壓源的輸出電壓vbias，其范圍為1.94≤δvbias≤2.06；將單驅動馬赫曾德調制器的偏置于正交傳輸點；
調制系數
可調延時線(7)引入延時τ，其范圍為6.1ps≤τ≤479ps。
正弦波本地振蕩器(2)的輸出正弦信號頻率為frf，其范圍為1ghz≤frf≤40ghz；
經過上述設置，偏振集束器(8)輸出為三角形光脈沖，重復頻率為f＝frf。
本發明的具體工作原理如下：
由連續波激光器輸出的光電場表達式為：
e0(t)＝e0exp(jω0t)(1)
其中e0和ω0表示其幅值和角頻率，然后光信號輸入到單驅動馬赫曾德爾調制器。用于驅動sd-mzm的rf信號為vrfcos(ωt)，其中vrf和ω表示rf信號的幅值和頻率。當sd-mzm的消光比為εr＝∞時,sd-mzm輸出端的光場分布為：
其中vπ表示sd-mzm的半波轉換電壓。a點的光強度表達式為：
其中，調制指數
正交偏振單元由一個50:50的光耦合器，兩個偏振控制器，一個可調時延線和一個偏振集束器組成。從單驅動馬赫增德爾調制器輸出的光信號被分為兩個支路，上下兩支路的信號經過偏振控制器調節為正交偏振的方向。通過在下支路加入一個可調時延線來引入一定的時延。之后通過偏振集束器結合兩路信號。偏振集束器輸出后的光場分布為:
由于兩支路的信號是以正交偏振的狀態結合的，所以他們之間不存在相干干擾。因此對應的光強度表達式為：
為了更好地研究三角形光脈沖與上述參數(β，τ和ω)之間的關系，將上述表達式展開為：
其中:
o(ω)代表高階諧波，當β很小時，可以忽略不計。
理想三角波形的傅里葉展開式：
比較式(6)和式(8)，為了獲得近似的三角形微波信號，應該滿足：
a1＝9a3(9)
結合式(7)，我們可以得到參數(β和τ，ω)之間的關系：
本發明的有益效果具體如下：
本發明不涉及復雜的結構，充分利用電光調制原理，以光子學方法產生了高重復頻率的三角波；本發明中脈沖重復頻率具有連續可調諧的特性，僅改變本振頻率，便可對三角形光脈沖的重復頻率進行調諧；并且方案采用廉價的連續波激光器，可以極大的降低獲得成本。
附圖說明
圖1一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器。
圖2三角形光脈沖發生裝置產生的三角波時域波形示意圖(頻率f＝1ghz)。
圖3三角形光脈沖發生裝置產生的三角波時域波形示意圖(頻率f＝10ghz)。
圖4三角形光脈沖發生裝置產生的三角波時域波形示意圖(頻率f＝30ghz)。
圖5三角形光脈沖發生裝置產生的三角波時域波形示意圖(頻率f＝40ghz)。
具體實施方式
下面結合附圖1至5對一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器作進一步描述。
實施例一
一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發生器包括，連續波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅動馬赫曾德爾調制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調時延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：
連續波激光器1的光輸出端接單驅動馬赫曾德爾調制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅動馬赫曾德調制器3的電驅動端口31，單驅動馬赫曾德調制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調時延7的光輸入端，可調時延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。
調節偏置電壓源的輸出電壓vbias＝2v；將單驅動馬赫曾德調制器的偏置于正交傳輸點；
調節調制系數
調節可調延時線，使延時τ＝479ps。
正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號頻率為frf＝1ghz；
本實施例調制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為2v，frf＝10ghz，β＝0.92，vπ＝4v，τ＝479ps。經過上述調節后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復頻率為f＝frf＝1ghz，對應時域曲線圖2所示。
實施例二
一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發生器包括，連續波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅動馬赫曾德爾調制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調時延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：
連續波激光器1的光輸出端接單驅動馬赫曾德爾調制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅動馬赫曾德調制器3的電驅動端口31，單驅動馬赫曾德調制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調時延7的光輸入端，可調時延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。
調節偏置電壓源的輸出電壓vbias＝1.94v；將單驅動馬赫曾德調制器的偏置于正交傳輸點；
調節調制系數
調節可調延時線，使延時τ＝33.7ps。
正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號頻率為frf＝10ghz；
本實施例調制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為1.94v，frf＝10ghz，β＝1.1，vπ＝4v，τ＝33.7ps。經過上述調節后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復頻率為f＝frf＝10ghz，對應時域曲線圖3所示。
實施例三
一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發生器包括，連續波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅動馬赫曾德爾調制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調時延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：
連續波激光器1的光輸出端接單驅動馬赫曾德爾調制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅動馬赫曾德調制器3的電驅動端口31，單驅動馬赫曾德調制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調時延7的光輸入端，可調時延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。
調節偏置電壓源的輸出電壓vbias＝2.06v；將單驅動馬赫曾德調制器的偏置于正交傳輸點；
調節調制系數
調節可調延時線，使延時τ＝25ps。
正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號頻率為frf＝30ghz；
本實施例調制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為2.06v，frf＝30ghz，β＝1.5，vπ＝4v，τ＝25ps。經過上述調節后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復頻率為f＝frf＝30ghz，對應時域曲線圖4所示。
實施例四
一種調制指數不固定的光學三角形脈沖發生器，如圖1所示，其特征在于：該三角形脈沖發生器包括，連續波激光器1、正弦波本地振蕩器2、單驅動馬赫曾德爾調制器3、功率分配器4、偏振控制器5、偏振控制器6、可調時延線7、偏振集束器8；具體連接方式為：
連續波激光器1的光輸出端接單驅動馬赫曾德爾調制器3的光輸入端，正弦波本地振蕩器2的電輸出端接單驅動馬赫曾德調制器3的電驅動端口31，單驅動馬赫曾德調制器3的光輸出端接光功率分配器4的光輸入端，光功率分配器4的第一輸出端41和第二輸出端42分別接偏振控制器5和偏振控制器6的光輸入端，偏振控制器5的光輸出端接偏振集束器8的第一輸入端81，偏振控制器6的光輸出端接可調時延7的光輸入端，可調時延線7的光輸出端接偏振集束器8的光輸入端，偏振集束器8的光輸出端輸出三角形光脈沖。
調節偏置電壓源的輸出電壓vbias＝2v；將單驅動馬赫曾德調制器的偏置于正交傳輸點；
調節調制系數
調節可調延時線，使延時τ＝6.1ps。
正弦波本地振蕩器的輸出正弦信號頻率為frf＝40ghz；
本實施例調制器的消光比εr取值為20db，vbias取值為2v，frf＝40ghz，β＝1.57，vπ＝4v，τ＝6.1ps。經過上述調節后，偏振集束器輸出為三角形光脈沖，重復頻率為f＝frf＝40ghz，對應時域曲線圖5所示。
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