[发明专利]基于光纤Bragg光栅阵列的全光任意波形产生装置及产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及全光任意波形的产生装置，特别是基于光纤Bragg光栅阵列和相干光源的全光任意波形的产生装置及工作原理。

背景技术

近年来，全光任意波形产生作为一项非常新颖的技术，在很多方面得到广泛的应用。如在光码分多址系统的编码过程中，利用全光任意波形产生技术对脉冲频域的幅度，相位进行控制，可以得到低强度、类似噪声的编码信号；另外全光任意波形产生技术的原理还可推广到微波光子滤波器中，通过对相位的控制实现对微波信号的滤波。

到目前为止，已经有多种方法用来实现全光任意波形产生。原理上一般是对信号频谱进行整形处理，通过选取特定波长及对该波长光波的幅度、相位进行控制得到任意波形。早期由于脉冲整形设备分辨率的原因，人们对锁模激光器产生的梳状谱进行整形时，采用的方法是组谱线的处理方式：将谱线分成几组，每组由N(≥2)根谱线组成，然后控制组谱线的幅度和相位。这种方法对光梳频率的绝对位置不敏感导致产生的时域波形不精确且占空比低。随着技术的发展整形设备的分辨率已达到了要求，可以实现谱线“逐行”处理，即对每一根谱线(N＝1)的幅度和相位分别进行控制，按照傅里叶变换原则可以得到我们所需求的脉冲信号。当前大部分实验研究工作都是基于光谱的“逐行”整形的方法来产生任意脉冲信号，如利用衍射光栅在空间域分离光脉冲的波长成分，然后用空间光幅度和相位调制器对其调制，得到所需求的输出脉冲信号，但其结构比较复杂，损耗也较大；利用取样光纤光栅技术对光脉冲的波长成分进行选取，同时改变幅度和相位可以得到某一特定波形的输出，但不能得到任意光脉冲的输出；也可以利用分接延迟线滤波器实现全光任意波形产生，缺点在于受到抽头数和抽头处相位波动的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于光纤Bragg光栅阵列和相干光源的全光任意波形产生装置及产生方法。本发明使用相干光源作为初始的输入光源，利用光纤Bragg光栅阵列以及光栅之间的光纤拉伸器作为对输入相干光源的波长、幅度、相位的控制部分，通过对相干光源的频谱整形得到全光任意波形的输出，是一种结构简单，易于实现的脉冲波形产生装置。

本发明提供的基于光纤Bragg光栅阵列的全光任意波形产生装置，由相干光源和控制部分构成(见图1)，相干光源与控制部分直接相连，利用相干光源作为输入光源，利用控制部分对相干光源的波长、幅度及相位进行控制，由控制部分的输出端输出全光任意波形。

所述的相干光源是指具有不同波长成分的相干光源，由以下方式之一获得：

方式一：利用光纤中的四波混频产生梳状谱的相干光源；

方式二：利用电光调制器对单波长光源进行调制产生梳状谱线的相干光源；

方式三：利用梳状滤波器对超连续谱光源滤波获得梳状谱线的相干光源。

所述的控制部分由环形器和光纤Bragg光栅阵列构成(见图2)；光纤Bragg光栅阵列由一组反射波长不同的光纤Bragg光栅串接而成，相邻两光栅之间各串接一个偏振控制器(PC)和一个光纤拉伸器(FS)；相干光源由环形器的第一端口进入控制部分，环形器的第二端口与光纤Bragg光栅阵列相连，产生的全光任意波形由环形器的第三端口输出；所述的控制部分对输入相干光源的波长、幅度、相位进行控制；相干光源波长的控制由光纤Bragg光栅中心波长的选择性反射来实现，幅度的控制由光纤Bragg光栅的反射率来实现，相位的控制由光栅之间的光纤拉伸器来控制；所述的偏振控制器的作用是控制不同波长光波的偏振状态。

本发明同时提供了一种基于以上所述装置的全光任意波形的产生方法，该方法包括以下步骤：

第1、首先将相干光源由图2所示装置中控制部分的输入端输入；

第2、调节所述控制部分中的光纤Bragg光栅阵列的反射波长，使光纤Bragg光栅阵列中各光纤Bragg光栅的中心波长等间距，从相干光源中选择出波长间距相等的谱线，调整光纤Bragg光栅阵列的反射率对所选择出的谱线幅度进行控制，将谱线的幅度调整到与输出波形相应波长的幅度成正比。调节光纤拉伸器改变光通过光纤拉伸器的光程，将所选择出谱线之间的相位差调节至与输出波形相应谱线之间的相位差相同。

第3、第2步中所述的波长、幅度、相位差的取值由输出波形形状决定，它们与输出波形满足傅里叶变换。通过调节以上所述的波长、幅度、相位差，在控制部分的输出端可以获得全光任意波形。

以上第1步中所述的相干光源可以是谱线等间距的梳状相干光源，也可以是谱线连续的超连续谱相干光源；相干光源中不同波长的幅度可以相等，也可以不相等；相干光源不同波长的相位可以相等，也可以不等。