基于铌酸锂的动态光任意波形产生技术的研究

Optical arbitrary waveform generation (OAWG) can generate ultrashort optical pulse with arbitrary waveform and breaks the limit of electronic bottleneck. In response to the requirements of OAWG on dynamic waveform controlling, the applicants propose a dynamic OAWG scheme based on electro-optic effect in LiNbO3 crysal and study the principle of the dynamic tunability. In this scheme, a spectrum broadening dual-wavelength beat light is used as the seed pulse. The electro-optic effect in LiNbO3 crysal is used to separate and control the phase of the incident optical frequency comb dynamically. Based on intereference principle, the spectral amplitude is dynamically controlled by changing the phase difference between the corresponding frequency lines. High-speed dynamic tuning of waveform and repetition frequency of OAWG is finally reallized through deeply studying the electrical tunability of waveguide gratings, the phase-amplitude conversion technologies based on interference principle and optimally designing the structure of OAWG. Due to the obvious electro-optic effect and fast electro-optic response in LiNbO3 crystal, the proposed OAWG not only can generate any required optical arbitrary waveform, but also has a fast dynamic tuning property, which will have widespread applications in ultra-high-speed, high-capacity optical communication networks.

光任意波形产生（OAWG）技术能够产生任意波形的超短光脉冲，突破了电子瓶颈对速度的限制。针对OAWG对波形动态控制的需求,申请人提出了基于铌酸锂晶体电光效应的OAWG动态调谐技术，并对该技术进行原理性探索。它以频谱展宽的双频拍频光作为种子光源，利用铌酸锂晶体的电光效应，实现对输入光学频率梳谱线的分离及其相位的动态调谐。根据光的干涉原理，通过改变干涉光所对应谱线的相位差，实现对谱线幅度的动态调控。通过深入研究波导光栅的电控调谐特性，探索基于干涉原理的相位幅度转化技术，优化设计OAWG结构，最终实现OAWG的波形及重复频率的高速动态调谐。由于铌酸锂晶体具有显著的线性电光效应及快速的电光响应，所提出的OAWG不仅能够产生任意波形的光脉冲，而且具备快速的动态调谐能力，在超高速、大容量全光通信网络中有着广阔的应用前景。

光任意波形产生（OAWG）技术能够产生任意波形的超短光脉冲，突破了电子瓶颈对速度的限制，在军事及民用通信中有着广阔的应用前景。本项目以设计及研究OAWG动态可调谐技术为主要目标，从光学频率梳，光纤基的OAWG、铌酸锂波导光栅及基于铌酸锂波导光栅的OAWG等几个方面对OAWG动态调谐技术进行了研究，重点进行铌酸锂波导光栅及利用电控波导光栅实现OAWG动态调谐技术的研究。.本项目中我们不仅研究了双拼拍频光产生超高频率超短光脉冲，而且研究了锁模和调Q光纤激光器，最终实现了两种适合于本项目的宽带种子光源。我们还对不同结构的光纤基OAWG进行了研究，实现了不同波形光脉冲的产生。另外，我们不仅对不同结构铌酸锂波导光栅的光谱特性进行了分析，而且制备了低损耗的钛扩散铌酸锂波导和质子交换铌酸锂波导，并在此基础上对多种不同的铌酸锂波导光栅的写制方法进行了研究。我们设计了多种电控可调谐铌酸锂波导光栅结构，对其快速调谐特性进行了研究。提出了多参量可调谐的波导光栅结构，实现波长、幅度及相位等多参量的独立调谐；分析了多相移波导光栅的调谐特性，设计了编码式的可调谐波导光栅，实现波导光栅的光谱特性由外加电极编码式控制。结合波导光栅及光纤OAWG的结构，研究了基于傅里叶变换合成原理的三阵列波导光栅OAWG及单阵列波导光栅OAWG。此外，将编码式的可调谐波导光栅与频时映射原理相结合，研究了基于频时映射的OAWG，并利用该结构实现了不同码型的产生。.我们提出的集成OAWG动态调谐方案利用了铌酸锂的电光效应，其调控速率达纳秒量级，在光通信以及光信息处理领域具有广阔的应用前景。