引用本文:

曹庭,闫娟娟,陈静,等:参量光频梳谱线线宽特征理论与实验研究[J]. 光通信技术,2018,42(5):10-13.

参量光频梳谱线线宽特征理论与实验研究

曹 庭,闫娟娟,陈 静,梁爱虎

(北京航空航天大学 电子信息工程学院,北京 100083)

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摘要:通过电光强度和相位调制激光器输出的连续波产生泵浦脉冲,利用单模光纤进行脉冲压缩整形后,激发高非线性光纤中的参量过程实现光谱拓展,产生参量光频梳(Optical Frequency Comb)。在此基础上研究参量光频梳谱线线宽的分布特征。通过分析电光调制后产生的初始光频梳的相位与载波激光和射频信号相位的关系,结合参量过程原理推导了新产生的谱线分量的相位与两条泵浦谱线相位间的关系,从而得出谱线线宽的分布特征。以线宽4.14MHz和64.8kHz的两种激光器为载波光源进行实验,分别产生了包含40条和60条谱线的参量光频梳,通过采用延时自外差法(DSHI)测量不同阶谱线的线宽,验证了理论分析结果的正确性。

关键词:光学频率梳;电光调制;相位噪声;参量过程;线宽

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)05-0010-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.05.003

0 引言
     光学频率梳(Optical Frequency Comb)简称光频梳,已被认为是当前光学领域最重要的创新之一,在高精度测量、高能辐射与遥感,以及光通信等领域都有着广泛的应用[1]。其中,波分复用及光学任意波形的产生等应用都对光频梳、平坦度、带宽和稳定性都提出了较高的要求[2]。
     光频梳最早通过锁模激光器产生[3],但这种方法产生的光频梳的谱线间隔不可调,且稳定性较差。近年来,许多产生光频梳的新方法不断被提出[4]。在这些方案中,基于连续波电光调制的方法由于具有结构简单、稳定性高[5]和可调节性好的优点而被广泛关注与研究。其中,最常用的方法是通过射频信号源驱动级联的强度调制器(IM)和相位调制器(PM),通过触发高级调制边带而生成光频梳。研究发现,采用这种方法产生的光频梳的谱线数量由相位调制器的调制深度决定[6],然而,由于射频放大器输出功率的限制很难进一步提高调制深度。光频梳的产生也可以通过参量过程来实现,即用两束激光作为泵浦,激发高非线性光纤(HNLF)中的参量过程,产生多条新的谱线分量。基于这种方法,可产生10dB带宽、140nm的光频梳[7]。为了提高参量光频梳谱线的稳定性,需通过注入锁定技术使用于激发参量过程的两束泵浦光相位相干[8]。在这种方法中,为了实现泵浦激光的注入锁定,需要两个分布反馈式从激光器,因而增加了光频梳发生器的复杂度。本文在没有使用注入锁定技术的情况下,以电光调制后的激光作为泵浦产生参量光频梳,并对参量光频梳的谱线线宽分布特征进行研究。

3 结束语
    以电光调制产生的光频梳作为泵浦,激发HNLF中的四波混频效应可产生宽带的参量光频梳。本文理论分析了这种光频梳不同谱线线宽的分布特征,并进行了实验验证。理论和实验结果都表明:当所用载波激光线宽为兆赫兹量级时,射频调制信号线宽的影响可以忽略,与载波激光线宽相比,参量光频梳中不同阶谱线的线宽变化不大;当载波激光线宽为几十千赫兹时,射频信号线宽的影响不能忽略,此时参量光频梳中谱线阶数越高,其线宽相对于载波线宽的变化越大。