一种基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置

1.一种基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置，其特征在于，包括：激光模块、泵浦模块、光学微腔模块、辅助模块、输出检测模块和微波信号模块；所述激光模块包含可调谐激光器和光耦合器，可调谐激光器输出波长可调的连续光，通过光耦合器将连续光分成两束，分别作为泵浦模块和辅助模块的输入信号；所述泵浦模块和辅助模块的结构及工作原理完全相同，分别包含声光调制器AOM、射频信号发生器、功率放大器EDFA、光纤布拉格光栅FBG、光纤环形器以及偏振控制器PC；所述光学微腔模块包含光学微腔以及拉锥光纤，其中，拉锥光纤作为微腔耦合器；泵浦激光和辅助激光经过光纤环形器后通过拉锥光纤耦合进入光学微腔；采用辅助激光加热时，先设置声光调制器AOM的驱动频率以及功率放大器EDFA的功率：在辅助模块中，通过射频信号发生器设置声光调制器AOM的驱动频率f 1 ，并保持固定不变，设置功率放大器EDFA的输出功率为P 1 ；在泵浦模块中，通过射频信号发生器设置声光调制器AOM的驱动频率f 2 ，设置功率放大器EDFA的输出功率为P 2 ，但P 2 要小于P 1 ；输入的激光信号经过声光调制器AOM移频后，输入至功率放大器EDFA进行放大，再通过光纤环形器送入至光纤布拉格光栅FBG，从而滤除带外的放大器自发辐射噪声，最后通过偏振控制器PC将偏振调整至与光学微腔的TE模一致，再由光纤环形器送入光学微腔模块，其中，由泵浦模块送入光学微腔模块的激光信号记为泵浦激光，由辅助模块送入光学微腔模块的激光信号记为辅助激光；通过上述设置后，先把辅助激光耦合进入光学微腔，然后调整可调激光器的输出波长，使辅助激光保持在谐振峰的蓝失谐区，从而在克尔光梳的产生过程中维持腔内热平衡；接着，将泵浦激光从与辅助激光相反的方向耦合进入光学微腔，保持辅助激光波长和输出功率P 1 不变，缓慢减小泵浦模块中射频信号发生器的频率，使得泵浦激光进入谐振峰蓝失谐区，接着继续减小射频信号发生器的频率，直至泵浦激光稳定于谐振峰红失谐区，从而产生孤子重复频率为v rep 的克尔光梳；所述输出检测模块包含多个光纤环形器、光耦合器、功率计PM以及光纤布拉格光栅FBG、光谱仪OSA；泵浦激光经过光纤环形器后输入至光学微腔模块，同时，提取来自光学微腔模块的辅助激光给功率计PM，用于监控辅助激光的光功率；同样，辅助激光经过光纤环形器后到光学微腔模块，同时，提取来自光学微腔模块的泵浦激光和耗散克尔孤子光梳，然后由光耦合器分为两路，一路送入光谱仪OSA，通过光谱仪OSA观察输出的耗散克尔孤子光梳光谱，当耗散克尔孤子光梳光谱具有平滑包络时，则完成孤子锁模；另一路送入光纤环形器通过光纤布拉格光栅FBG滤除耗散克尔孤子光梳外的干扰，得到的耗散克尔孤子光梳经耦合器分成两路，一路送入功率计PM进行耗散克尔孤子光梳的功率测量，另一路送入微波信号模块，进行微波信号的产生和测量；其中，经光纤环形器和光纤布拉格光栅FBG滤除干扰后的耗散克尔孤子光梳反弹回来送入功率计PM，用于监控泵浦激光的光功率；微波信号模块包含快速光电二极管和相位噪声分析仪；将克尔光梳送入快速光电二极管进行光电转换，从而产生微波信号，最后再将产生的微波信号送入相位噪声分析仪，用于测量相位噪声。 2.根据权利要求1所述的基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置，其特征在于，所述的光学微腔为二氧化硅回音壁模式微棒腔，其特性参数为：自由光谱宽度FSR＝21.5GHz，品质因子Q＝0.73×10 9 ，等效模场面积A eff ＝85μm 2 ，非线性系数γ～10 -3 W -1 m -1 ，折射率系数n 0 ＝1.45，非线性折射率系数n 2 ＝3×10 -20 m 2 /W，微棒腔表现为稀疏模式分布。 3.根据权利要求1所述的基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置，其特征在于，所述的可调谐激光器选择稳定性极高的NKT Basik E15激光器，其波长为1550nm，且具有小于100Hz的线宽。 4.根据权利要求1所述的基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置，其特征在于，所述孤子重复频率v rep 的计算公式为：其中，D 1 是自由光谱范围，D 2 是微棒腔的色散系数，Ω Raman 是拉曼诱导孤子的自频移量，Ω Recoil 是耗散克尔孤子光梳光谱的色散波诱导频率反冲，Δv pp 表示由于泵浦激光强度噪声引起的孤子重复率的变化，Δv Q 表示量子限制孤子时间抖动。 5.根据权利要求4所述的基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置，其特征在于，所述拉曼自频移量Ω Raman 的计算公式为：其中，Q为微棒腔的品质因子，τ R 为微棒腔的拉曼时间常数，ω 0 为泵浦激光的角频率，τ s 为孤子的脉冲宽度。