论文总字数：22005字

摘 要

随着人类科技的不断进步，对于时间测量精准度的要求不断提升。自上个世纪光频梳的概念诞生以来，这一项技术已经逐渐成为高精度的时间与频率测量中不可或缺的工具。而伴随着互联网的发展，全球信息数量呈现出指数级的增长，如何进行高速率、大容量长距离的光纤通信已成为一个亟待解决的问题。传统的光频梳一般是通过锁模激光器产生的，虽然现有的技术已经能够产生具有稳定精准度的光频梳了，但是限于锁模激光器体积大，在一些场合中的应用仍然存在诸多不便。

本文提出了一种基于级联调制器的光频梳发生器的设计方案。该方案通过Optisystem进行了仿真验证，并在实验中通过改变两个级联马赫-曾德尔调制器的调制参数，成功获得了具有9根梳状线、频率间隔为10 GHz、平坦度为0.71 dBm的光频梳。与传统的光频梳发生器方案相比，该方案的体积更小、结构更为简单、同时成本较低，可以应用于各类应用中，例如信道化接收器、微波光子滤波器、高容量光通信系统和现代精密仪器。

关键词：光频梳、强度调制器、光通信

ABSTRACT

With the development of science and technology, the requirements for accuracy measurement of time increase continuously. Since the concept of the optical frequency comb was proposed in the last century, this technology has gradually become an indispensable tool for high-precision time and frequency measurement. Nowadays, with the development of the Internet, the global information has grown exponentially. How to carry out high-speed, large-capacity and long-distance fiber-optic communication has become an urgent problem to be solved. Conventional optical frequency combs are generally produced by mode-locked lasers. Although the existing technology is able to produce optical frequency combs with stable accuracy, the field of application has been limited by the large size of the mode-locked lasers.

This paper presents an optical frequency comb generator based on cascaded modulators. The scheme was verified by Optisystem, and an optical frequency comb with 9 comb lines with 10 GHz of frequency interval and 0.71 dBm of flatness was successfully obtained, by changing the modulation parameters of two cascaded M-Z modulators. Compared with the traditional optical frequency comb generator, this scheme is smaller in size, simpler in setting and operation, more accurate in comb line spacing, and lower in cost, which can be applied into various applications, such as channelized receivers, microwave photonics filters, high-capacity optical communication systems and modern instrumentation.

Keywords: optical frequency comb, intensity modulator, optical communications

目 录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 光频梳常用的生成方式 1

1.2.1 由锁模激光器产生的光频梳 2

1.2.2 由单个/级联的电光调制器产生的光频梳 2

1.2.3 由循环移频器RFS结构（Recirculating frequency shifter）产生光频梳 2

1.2.4 由非线性光纤产生光频梳 2

1.3 由调制器生成光频梳方案的研究现状 2

第二章 光频梳发生器方案设计 5

2.1方案设计 5

2.1.1 激光源 5

2.1.2 电光调制器 5

2.1.3 射频信号源 7

2.2 实验原理 7

第三章 系统仿真及实验搭建 9

3.1 系统仿真 9

3.1.1 Optisystem光通信仿真软件 9

3.1.2 仿真链路图 9

3.1.3 仿真结果与分析 10

3.2 实验 11

3.2.1 实验分析 11

3.2.2 实验结果 11

3.2.3 结果分析 12

结 论 14

参考文献 15

致谢 17

第一章 绪论

1.1 引言

光频梳是指在频域上分布的一系列连续的梳状光谱线，其要求具有相同的频率间隔、位置固定，且具有一定的平坦度。光频梳的概念最早在上个世纪七十年代就已经有人提出，但由于当时设备的限制，想要实现并不是那么容易，因此很长一段的时间，关于其讨论都只停留在理论的阶段^[1]。直到上个世纪九十年代，随着固体飞秒激光技术的快速发展，光频梳技术终于迎来了巨大突破，为光频测量掀开了革命性的新篇章。由于光频梳的出现，高精度的时间计量成为了可能，因此其在精密制导、超精细光谱和全球定位系统中得到了广泛地应用。

随着全球互联网对数据传输速率的要求不断提高和传输数据量的指数倍增长，光通信已经成为了当前应用最为广泛的通信方式之一。光通信是指以光作为数据传播载体的通信方式，通过将电信号转换为光信号将其在光纤中进行传输，得益于光传输几倍优于电传输的速度，全球互联网信息传输的速度得到了极大的提高。目前光传输的主要问题在于如何提高数据的传送量，主要是从拓展光传输的带宽方面入手。目前实现高容量光通信系统的技术方案主要包括加载更高阶的调制信号和采用多种复用技术^[2]，而用于加载多路信号的光源就是其中的关键器件之一。在过去的方案中，一般使用激光器阵列来加载光源，通过控制每个激光器发出不同中心频率的激光，光纤中复用传输的不同信号得以被提取出来^[3]。但由于激光器阵列中的每个单元相互独立，不方便整体性的调控，所以如何由单一可控的光源来加载信号成为了一个问题，而光频梳则成为了解决这个问题的一个方案。如果能够产生低噪声、平坦度较好且载波数目多的光频梳，由激光器阵列带来的不便就迎刃而解了。

虽然利用传统锁模激光器产生光频梳的方案已经趋于成熟，已经能够产生具有足够平坦度、梳状线清晰的光频梳。但是由于锁模激光器成本较高和体积相对较大的问题，很难将其应用于大规模的光通信系统之中，因此需要其他体积更小、成本更低的替代方案。目前已经得到证明，利用微波信号通过调制器对单个激光源进行外部调制来产生光频梳是非常经济实惠的。该方法具有许多的优点，包括配置简单、波长可调节和梳状线间隔精确^[4]，能够满足光通信中光频梳需要满足的各种指标。

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