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发光学报 2024年第3期45卷 458-467页

作者：陈禹先张绪成金冠宇孟凡超贾志旭秦伟平秦冠仕吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重... 详细信息

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

关键词：光频梳色散调控氟碲酸盐玻璃光纤脉冲压缩腔外扩谱 O-U波段平坦

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基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生及其噪声性质分析

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生及其噪声...

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作者：陈禹先吉林大学

学位级别：硕士

光学频率梳（简称光频梳）作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术（WDM）、空分复用技术（SDM）结合,通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面... 详细信息

光学频率梳（简称光频梳）作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术（WDM）、空分复用技术（SDM）结合,通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但所产生的光频梳均难以同时实现宽带宽、高信噪比、高平坦度、高梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调谐,这在一定程度上限制了光频梳在光通信领域的广泛应用。针对这些问题,本文设计了基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的宽带平坦光频梳产生方法,并研究了该方法所产生光学频率梳在光通信领域应用的潜力,具体研究成果如下:（1）提出了一种受激布里渊激光腔与腔外光纤扩谱技术相结合产生宽带平坦光频梳的方法。首先,利用双波长受激布里渊激光腔产生高质量的光频梳作为种子光,所产生的种子光通过腔外负色散光纤进行脉冲压缩,而后利用高非线性氟碲酸盐光纤进行光谱展宽。为提升所产生光学频率梳的光谱带宽和平坦性,对上述氟碲酸盐光纤的色散进行了精细的设计。数值计算结果表明,通过调节脉冲压缩光纤的长度以及氟碲酸盐光纤的结构色散,可获得光谱范围覆盖整个O-U波段,且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 d B的平坦光频梳,此外,通过改变双波长布里渊激光间的频率间隔,所产生的宽带平坦光频梳的梳齿间隔可在50GHz～250 GHz之间大范围调谐。（2）研究了宽带平坦光频梳的噪声特性,论证了上述光频梳在梳齿线宽与频率噪声上的优势。计算了光频梳不同通信波段梳齿的线宽,得益于布里渊激光窄线宽的优势,扩谱后得到的光频梳具有窄梳齿线宽,不同波段梳齿的3 d B线宽均小于1 MHz。同时,计算了不同梳齿的频率噪声,计算结果表明,系统对输入噪声表现出了明显的低通滤波性质,在1 k Hz处,梳齿的噪声频率起伏谱密度小于1000 Hz/Hz1/2;而在1 MHz处与4 MHz处,噪声频率起伏谱密度分别降低至100 Hz/Hz1/2与30 Hz/Hz1/2。进一步,利用量子郎之万方程,建立了系统中受激布里渊激光腔的滤波模型并进行了仿真分析,结果表明,由于腔内受激布里渊激光自动位于谐振腔的谐振频率,与腔外泵浦方式相比,受激布里渊腔产生的光频梳具有更低的噪声截止频率,对更大范围内的频率噪声体现出截止特性。

关键词：光频梳色散调控氟碲酸盐玻璃光纤腔外扩谱 O-U波段平坦噪声分析量子郎之万方程

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