[发明专利]一种基于时频映射的光学频率梳发生器

说明书

技术领域

基于射频信号的级联光强度调制与相位调制可产生光学频率梳，即光频梳。为了得到尽可能多的平坦谱线，通常需要合理优化强度调制器的直流偏置点及强度调制器和相位调制器的调制深度。本发明涉及一种利用光调制产生光频梳的发生装置，其通过在强度调制器与相位调制器之间配置一定长度的色散光纤，可以实现时域平顶波形到频域平坦谱线的映射，其中只需将光强度调制器合理配置使其输出为平顶波形，而无需参数的优化，且输出光频梳的谱线数量可根据平坦波形的宽度和相位调制器的调制深度进行估计。本发明属于微波光子领域，尤其涉及基于光调制的光频梳产生方法的技术领域。

背景技术

目前，由于光频梳在光的任意波发生、波分复用、物理量精密测量等领域的巨大应用前景，平坦光频梳的产生方法受到越来越多的关注。产生光频梳的方法主要分为两种，一种是基于锁模激光器的方法，另外一种是基于电光调制的方法。前者需要构建类似激光器的复杂结构，其输出光谱易受外界温度和光纤等材料损耗特性的影响性能难以得到进一步的提高。而后一种基于电光调制的方法由于其更易调节，且具有高稳定和大带宽等突出优点，是目前的研究热点。

电光相位调制器可用作一种简易的时间透镜，在一定条件下实现时域到频域的映射（参考文献：B.H.Kolner,“Space-time duality and the theory of temporal imaging”,IEEE Journal of Quantum Electronics.vol.30，no.8,1994,pp.1951-1963）。因此，顶部平坦的光时域脉冲输入光相位调制器可输出频谱分布轮廓与时域波形相似的光频梳(Torres-Company,Jesús Lancis,and Pedro Andrés,“Lossless equalization of frequency combs”，Optics Letters.vol.33,no.16,2008，pp：1822-1824）。通过级联两个强度调制器，得到一个顶部平坦的光时域脉冲，将频率为10GHz的微波信号加载在光相位调制器上，可得到平坦度为1dB，频率间隔为10GHz的38条谱线（参考文献：R.Wu,V.R.Supradeepa,C.M.Long,et al.“Generation of very flat optical frequency combs from continuous-wave lasers using cascaded intensity and phase modulators driven by tailored radio frequency waveforms”，Optics Letters.vol.35,no.19,2010,pp:3234-3236）。

已有的这些方案都以光相位调制器作为时间透镜，以实现时频映射，产生平坦光频梳。然而此时的时频映射是在光相位调制器的调制深度达到一定强度条件下获得的，对平顶光脉冲的时域带宽和光相位调制器的调制深度有一定的要求。本发明针对这种情况，基于色散光纤和光相位调制器，提出一种可实现无条件时频映射的光学频率梳发生器。

发明内容

本发明公开了一种可实现无条件时频映射的光学频率梳发生器。具体方法为，在光相位调制器前，配置一段色散光纤，通过合理选择光纤长度和色散系数，可实现无条件的时频映射，与已有的方案相比，本发明所提供的方法可以实现一种更为精确的时频映射，可用来产生更为平坦的光频梳。

具体而言，本发明所涉及的光学频率梳发生器的结构如图1所示。图中，射频信号（6）驱动强度调制器（2）对激光器（1）发出的连续光进行调制，通过调整强度调制器的直流偏置电压（7）和驱动信号的功率，使强度调制器的输出为平顶光脉冲，此光脉冲经过一段色散光纤（3）进入光相位调制器（4），射频信号（6）经功率放大器（8）放大后驱动相位调制器。移相器（5）用于保证时域脉冲和相位调制器调制信号的同步。选择合适的光纤长度和色散系数，可实现时域平顶光脉冲波形到频域平坦光频梳的映射。具体的理论推导如下。强度调制器的输出可表示为