基于多波长半导体光纤环形腔激光器产生任意波形的研究

Optical arbitrary waveform generation (OAWG) technology has important application values in the high-speed optical communications, microwave photonics and high quality light source fields. Therefore it attracts a wide attention and research interest of scholars at home and abroad. A novel scheme of OAWG, based on multi-wavelength semiconductor fiber ring laser (SFRL), is proposed in this project. The scheme is simple and easy to implement. The multi-wavelength SFRL is not only used to provide an excellent light comb, but also used to achieve the pulse shaping of independent spectral lines. By using the amplitude and phase controllable comb filter,the functions of light comb, wavelength demultiplexing, amplitude modulation, phase modulation, and wavelength multiplexing are all realized in a light path. So the coherence between the spectrum is guaranteed, and the wavelength alignment problem is ignored. The proposed OAWG system is compatible with the existing optical fiber communication networks. It is robust and low cost. We will investigate the proposed OAWG from three respects: the device design, the theoretical research, and experimental research. The broad-band dynamic model of this kind of OAWG will be established. The device structure parameters and working parameters will be optimized to achieve the excellent light comb with high spectral resolution, and produce the arbitrary waveform. Furthermore, this proposed OAWG will be investigated experimentally. Finally, we will explore a set of relatively complete theory system and experimental platform of OAWG.

光学任意波形产生（OAWG）技术在超高速光通信、微波光子学以及高质量光源产生等领域均有着重要的应用价值，因此引起了国内外学者的广泛关注和研究兴趣。本项目基于多波长半导体光纤环形腔激光器（SFRL），提出了一种新颖的光学任意波形产生方案。在本方案中，多波长SFRL不仅提供性能优良的光梳，也实现独立谱线脉冲整形，结构简单；利用强度和相位可控梳状滤波器，在一条光路中实现光梳产生、解复用、调幅、调相和复用的功能，可充分保证光谱间的相干性，无需考虑波长对准问题，易于实现；易于与现有的光纤通信网络兼容，插入损耗低，成本低廉。本项目从器件设计、理论研究和任意波形产生系统实验三个方面展开研究，建立完善的理论模型，优化设计器件的结构参数和系统的工作参数，获得高光谱分辨率的优良光梳，产生所需的任意波形，进行基于多波长SFRL的OAWG的实验研究，最终探索一套相对完善的OAWG光学系统的理论体系和实验平台。

光学任意波形产生（OAWG）技术在超高速光通信、微波光子学以及高质量光源产生等领域均有着重要的应用价值，因此得到了国内外学者的广泛关注和研究兴趣。本项目围绕提出的基于多波长半导体光纤环形腔激光器（SFRL）的OAWG技术，主要开展了以下几个方面的研究工作：1. 对强度和相位可控梳状滤波器进行了研究。采用模式匹配理论和耦合模理论，考虑了应力引起光纤的双折射效应，建立了完善的强度和相位可控梳状滤波器理论模型；研究了强度和相位可控梳状滤波器的输出特性与结构参数和工作参数的关系，优化设计结构参数，提高了光谱分辨率和强度调试和相位调制的精度。2. 开展了多波长SFRL的OAWG的研究。利用基于傅立叶变换的谱线逐行整形原理，结合单模光纤的模式耦合理论以及传输矩阵法，建立了完善的基于多波长SFRL的OAWG的宽带理论模型；对基于多波长SFRL的OAWG进行了研究，最终通过优化基于多波长SFRL的OAWG的结构参数和工作参数，提高了产生的光学任意波形的相似度。3. 研究了光学任意波形的测量技术，得到了对OAWG性能客观评价。提出并研究了一种基于单模光纤的交叉相位调制（XPM）型互相关频率分辨光学开关（X-FROG）光学任意波形测量技术；利用周期性极化铌酸锂（PPLN）光波导中的二阶非线性和频效应，提出并研究了光学任意波形X-FROG和盲目FROG两种测量技术。4. 光学任意波形产生技术的相关研究。基于电吸收调制器与频率调制器，利用多个光源，提出并研究了一种超宽的平坦光学频率梳产生技术；提出并研究了一种基于马赫曾德尔调制器产生平坦的可调谐光学频率梳；提出并研究了一种振幅和相位在光纤布拉格光栅光学调制器中独立调控的动态光学任意波形产生技术。在该项目的资助下，发表与本课题相关的论文47篇，其中SCI收录10篇，EI收录15篇；有2篇文章已被录用，其中1篇为SCI源刊录用，1篇为EI源刊录用；申请国家发明专利4项，同时培养博士研究生1名，硕士研究生6名。