一代的可调谐微波频率梳利用半导体激光器受到一个SFP模块调制的光注入任意一个周期信号

文摘

摘要微波频率梳(MFC)是由半导体激光生成受到商业的光注入小体积可插入(SFP)光学模块由任意一个周期信号调制。采用正弦信号和方波信号的任意周期信号而不是电脉冲信号采用前引用。当调制信号的频率是1 GHz, MFC的最大带宽可以获得15个GHz。此外,以一个正弦信号为例,注入光功率的影响从激光器和光学模块的调制频率的一代MFC详细分析。最后,MFC的结果生成一个方波信号注入。本文的实验结果为MFC的实际应用提供了重要的参考。

1。介绍

与外部干扰等外部光注入,光学反馈,或opto-electric反馈,半导体激光器可以产生一些非线性动力学现象,包括周期振荡(1,2),倍周期振荡,quasiperiod振荡,和混乱3- - - - - -8]。此外,半导体激光器可以产生微波频率梳(MFC)外部光注入。MFC广泛用于频率测量、雷达探测、变频,radio-over-fiber(学院)传输系统,和其他领域由于多个连续微波信号的优势,灵活和可调梳行间距,频率范围宽,梳子间距精度高(2,9- - - - - -11]。因此,一代的稳定和高质量的MFC已成为一个研究热点。

一些方法生成MFC已报告。MFC信号带宽的3 GHz生成通过使用生成的次谐波频率锁定状态opto-electric反馈半导体激光器(12]。但频率梳的梳间距不是严格意义上的平等。此外,noncomb组件的噪音是显而易见的。通过注射常规opto-electric所产生的光脉冲反馈半导体激光器的其他半导体激光器,MFC生成信号的振幅20 GHz [±5 dB和带宽13,14]。然而,信号不稳定,梳子行间距很小。通过采用STM隧道结的非线性效应,MFC的生成与200实现谐波信号。中央最高谐波频率为14.85 GHz。但也有一些缺点比如很难调整梳间距和大的相位噪声15- - - - - -17]。此外,数值模拟和实验提出了可调MFC的生成信号由半导体激光光注入,所主激光调制周期电脉冲信号(18- - - - - -20.]。

在这篇文章中,一个可调MFC的信号是通过使用一个外部光注入半导体激光器。主激光器是一个商业SFP光模块由周期性调制电子信号不仅仅是一个周期性的电脉冲信号用于(20.]。正弦信号的调制信号在这个实验中产生的射频信号发生器或方波信号产生的比特误码率测试仪(BERT)。主激光器,为了降低成本和复杂性的设置中,我们使用一个商业光学模块是便宜,简单,容易调整。

2。实验装置

实验装置的可调谐半导体激光器产生的MFC受到SFP光模块的光注入调制正弦信号呈现在图1。主激光是2.5 Gb / s小体积可插入(SFP Finisar)光学模块,但奴隶激光分布反馈(DFB)半导体激光器没有内置光学隔离器。光功率和奴隶的中心波长激光控制的电流源电路和温度控制电路,分别。SFP模块生成变化的光信号的调制正弦信号的射频信号发生器(SG,仪表2042,5.4 GHz)。后被掺铒光纤放大器(EDFA)放大,光进入可变光衰减器(VOA)调整注入光功率。采用偏振控制器(PC)调整偏振状态。然后,光线进入奴隶激光通过光学循环器(OC)来生成一个新的光信号利用非线性相互作用。50:50光耦合器是用来将光分为两束。一束进入光电探测器(PD、Picometrix PT-40D / AC) 40 GHz的带宽将光信号转换成电信号。收集输出电信号的电频谱分析仪(ESA,罗德与施瓦茨FSEK20 40 GHz)。 The other beam enters the optical spectrum analyzer (OSA, Anritsu, MS9710C) to analyze the optical spectrum.

正弦信号的频率范围内产生的信号发生器是由这个实验0.5 GHz 5.4 GHz。SFP是一种光学模块,满足密集波分复用(DWDM)波长需求。实际的输出波长为1549.76 nm。为了调整注入光功率大范围,EDFA是必要的。SFP的输出功率很小,但权力可以被放大到11.3 dBm EDFA自动功率控制(APC)下工作。美国之音是用来调整激光器光功率注入到最初的11分贝衰减系数。光电探测器的偏压与跨阻抗放大器+ 4 V,然而跨阻抗放大器的电压是+ 3.3 V。对于这个实验,获得最佳的MFC信号通过调整频率的正弦信号信号发生器,PC,美国之音。

3所示。在MFC注入光功率的影响

最初的信号发生器的频率是1 GHz的振幅+ 0.7 V。美国之音的衰减系数是11 dB - 25 dB的衰减步骤1 dB。11分贝衰减器系数时,获得的MFC如图2(一个)。MFC的梳子行间距等于调制信号的频率,也就是1 GHz。MFC的带宽可以由电频谱分析仪如下。首先,电频谱分析仪的功能直接找到峰值用于定位最高的组件功率频率梳。组件3 GHz的频率,功率−27.95 dBm,第三个梳子MFC。摘要MFC的带宽被定义为10 dB (20.),即最大功率值- 10 dBm。然后,MFC组件在这个范围是带宽。因此,一个等值线的力量−27.95 dBm画确定上界。其次,一个等值线的力量−37.95 dBm吸引确定下界。从图可以看出2(一个)有15个梳线两个功率等值线之间的组件。因此,MFC的带宽是15 GHz。每个梳状线的峰值功率差别很小。因此,MFC信号质量好就行。虽然有一个频率分量大于15 GHz,信号功率低于−37.95 dBm,不考虑带宽。

MFC信号如图2 (b)当美国之音的衰减系数设置为20分贝。调制信号的频率是1 GHz的;因此,生成的MFC的频率信号1 GHz的整数倍,即从1 GHz和2 GHz 11 GHz。除了这些频率,出现噪声。可以看出,有很多噪音一些频率梳线的底部。频率梳的高频部分几乎是被噪声淹没。信号质量不是那么好,如图2(一个),但仍然可以获得广泛的MFC。根据上述带宽确定方法,可以得出结论,MFC的带宽是本例中11个GHz。

对于这个实验,我们还测量了光信号的光谱产生光注入后SL。图2 (c)是光学频谱当美国之音的衰减系数是11分贝。曲线是光学光谱产生的光信号从SL光学注射后,而曲线B表示SFP模块的光学光谱。可以看出的中心波长光信号从SL生成后光学等于SFP模块。也就是说,当主激光和从激光的中心波长等于,MFC。图2 (d)是美国之音的光谱时,衰减系数是20分贝。可以看出,增加衰减系数的光谱几乎没有变化。

SFP模块的注入光功率降低逐渐通过调整美国之音的衰减。MFC的带宽变化的衰减系数,如图3。当衰减系数从11 dB 13分贝或24分贝至25分贝,MFC的带宽不会改变。当衰减系数从14 dB 24分贝,MFC带宽提出了总的趋势增加衰减系数。因此,MFC在这个实验中产生的带宽通常随SFP模块的输出功率下降,但整体波动不大。

4所示。调制频率对MFC的影响

在本节中,美国之音的衰减系数是维持在11分贝。图4(一)显示生成的MFC当调制信号发生器的频率为0.5 GHz。可以看出,MFC的梳子行间距等于调制信号的频率,即。,0.5 GHz。相比之下,在图1 GHz频率调制的结果2(一个)调制频率为0.5 GHz,低频基础部分的力量增加,所以获得了MFC的质量下降。图中所示的MFC的带宽4(一)是7 GHz。获得的MFC如图4 (b)当信号发生器的输出频率为3.5 GHz。梳状线间距是3.5 GHz,等于正弦信号的调制频率。然而,高频率的频率梳部分消失了。如图4 (b)MFC的整体基础是平比结果呈现在图4(一)。图中所示的MFC的带宽4 (b)14 GHz。

MFC的带宽之间的关系和调制频率显示在图中5。随着调制频率、带宽的MFC普遍增加。当1 GHz之间的调制频率和2 GHz,带宽略有减少。MFC的质量不是很好。一般来说,当调制频率的范围是2.5 GHz和5 GHz,带宽也开始增加。此外,不仅噪音相对较小和梳状线干净而且每个梳的配电线路相对统一。

5。MFC生成与方波调制信号

为了说明,可以生成一个MFC的信号从一个半导体激光器受到SFP模块的光注入调制任意周期信号,采用方波信号作为调制信号。在这个实验中,比特误码率测试仪(BERT,特制,MP1632A 3.2 Gb / s)是用来生成一个方波信号。顺便说一下,一个比特误码率测试仪一般安排生成伪随机比特序列。具体的设置是利用模式设置功能在模式编辑器中伯特的菜单。数据的输出脉冲模式发生器(PPG)伯特的方波信号,当运行模式选为可编程模式(PRGM)和模式类型设置为定期的0和1。时域波形显示在实时数字示波器(OSC,美国泰克TDS7404B 4 GHz, 20 g / s)。

伯特产生的方波信号被用来调节SFP模块。图6(一)介绍了方波信号输出频率为0.5 GHz。图6 (b)显示相应的MFC奴隶激光所产生的信号与光注入SFP模块的调制方波信号。对于这种情况,MFC信号的带宽是6 GHz。比较这次获得的MFC和得到的正弦信号的调制频率为0.5 GHz,带宽是6 GHz和7 GHz,分别。不仅不同带宽不大但也基本噪声分布的主要特征,梳子,梳子MFC的线路功率分布是相似的。

当方波信号的频率是1 GHz,示波器和电子光谱的结果如图6 (c)和6 (d),分别。MFC信号梳子行间距的增加从0.5 GHz 1 GHz的方波信号1 GHz。梳子的行数减少,和梳状线的力量组件内的带宽增加。因此,MFC信号质量普遍提高。当调制信号的频率是1 GHz, MFC的带宽信号得到方波信号和正弦信号是15 GHz 14 GHz,分别。结果两个MFC信号在电子频谱分析仪是差不多的。这是一个强烈的观点提出的证据;即MFC可以从生成的光注入半导体激光器调制SFP模块由任意的周期信号。

其他波形,如三角波信号或周期性脉冲信号,也可以作为调制信号,可以通过生成任意波形发生器(AWG)高带宽。目前,我们没有这样的高带宽AWG在我们实验室。在未来,我们将进行一些实验生成MFC AWG产生的调制信号。

6。结论

本文采用正弦信号和方波信号为周期信号调节SFP模块为了实现微波频率梳的生成信号从半导体激光器的注入SFP模块。该设置可以产生稳定的微波频率梳信号6 GHz-16 GHz的范围。本文的结果为实际应用提供一个有用的参考信号的微波频率梳。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持由中国自然科学基金会(国家自然科学基金委)(61602099和U1708262)。

引用

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