[发明专利]使用高阶函数波导干涉仪产生光脉冲

说明书

本发明一般地涉及光脉冲的产生，特别地，本发明涉及窄脉冲的发生装置及方法。

窄光脉冲的产生需要于大量通信和传感系统设备中。窄光脉冲即所占时间间隔非常小的光脉冲，或者说是由控制信号产生的具有急剧强度变化的光脉冲。比如电信系统中，当调制格式的强度变化要求从无到有，而在一比特的时间周期内再到无，这就要使用光脉冲发送。这种光脉冲的产生，包括时钟或数据信号。

归零(RZ)数据是指有或无数据大约占一半比特周期的数据。非归零(NRZ)数据则指有光或无光数据占整个比特周期。图1示出现有技术的时序图10：时钟12,NRZ数据14,RZ数据格式16。这些数据格式可典型地由时钟和数据本身之间的逻辑“与”在电系统中建立。

在高数据速率的情况下，依靠现有技术中的光调制器以电的方式产生脉冲是困难的。产生特殊应用于象孤子和其它长距离传输的窄光脉冲格式的具有预定形状的脉冲也是很困难的。

现有技术中存在几种产生具有预定格式的窄光脉冲的脉冲发生器，包括Mach-Zehnder干涉仪的级联重复。这些现有装置使用了分离反馈控制部分。集合设备的输入信号和操作偏压状态通过各种设计来控制，有的靠集合设备每一部分的经校正的输入信号产生所需要的脉冲串，其它的则部分地调制调制器的传输函数，使用诸如电吸收调制器的设备，以产生快速脉冲。

现有设计有诸多缺陷。例如这些方法都需要对不同输入信号的时延和相位进行精确控制，这不仅难于做到而且成本很高。另外，产生若干高速率信号及增加设备的物理尺寸需要相对较高的功率补偿。

现代通信系统需要产生窄归零脉冲的装置和方法，也需要所产生的非常窄带宽的脉冲能够进行长距离传输。还需要产生高斯，即双曲线正割平方形高速脉冲，也即是用于产生孤子脉冲的代数形的装置和方法。

本发明涉及包含高阶函数波导干涉仪的脉冲发生器，其产生具有预定形状的特殊应用于象孤子和其它窄光脉冲格式的窄脉冲。本发明的首要发现即是嵌套和并行构置的干涉调制器能够用以产生满足特殊应用而具有预定形状的窄脉冲。

相应地，本发明以具有高阶传输函数的光脉冲发生器为特征。根据一个实施例，光脉冲发生器包括嵌套的第一及第二干涉调制器，每一调制器包含一个光输入端、一个电输入端、第一分臂、第二分臂和一个光输出端。第二干涉调制器光耦合至第一干涉调制器的第二分臂。第一干涉调制器的光输出端以正比于电信号频率倍数的重复率产生脉冲，该电信号接入第一和第二干涉调制器的至少一个的电输入端，且脉冲的占空比反比于光脉冲发生器的传输函数的阶数。其中循环周期可以单调地非线性地反比于光脉冲发生器的传输函数的阶数；倍数可以是等于或者大于1的任何整数。一个相位调制器可串联耦合到第一干涉调制器的输出端，用接入相位调制器电输入端的调制信号线性调频光脉冲。

根据本发明的一个实施例，脉冲发生器还包括一个第三干涉调制器，其包含第一、第二分臂及一个电输入端。第三干涉调制器具有一个光耦合至第一干涉调制器输出端的输入端。此实施例中的脉冲发生器还包括一个第四干涉调制器，其含有第一、第二分臂及一个电输入端。第四干涉调制器光耦合至第三干涉调制器的第二分臂。第三干涉调制器的光输出端以正比于电信号频率倍数的重复率产生脉冲，该电信号接入第二和第四干涉调制器的至少一个的电输入端，且脉冲的占空比非线性地反比于光脉冲发生器的传输函数的阶数。

干涉调制器可以是振幅或相位调制器。在另一实施例中，干涉调制器为Mach-Zehnder调制器，其形成在铌酸锂衬底上，可以是X切割或Z切割。干涉调制器还可具备速度匹配或温度补偿功能。

根据本发明的一个实施例，干涉调制器为窄带调制器，也就是调制器的带宽基本上被限制在预定带宽以内。使用窄带调制器可增加光脉冲产生的效率。在另一实施例中，至少一个干涉调制器的第一和第二分臂之间的分流比(splitting ratio)小于1。

本发明也以包含多个并行光学联接的干涉调制器而具高阶传输函数的光脉冲发生器为特征。多个干涉调制器中的每一个皆包括第一、第二分臂及一个电输入端。具偶次阶传输函数的光脉冲发生器还含有与多个干涉调制器并行光学联接的光波导。一个光输出端以正比于电信号频率倍数的重复率产生光脉冲，该电信号接入多个干涉调制器中至少一个的电输入端，且脉冲的占空比非线性地反比于光脉冲发生器的传输函数的阶数。其中倍数可以是等于或者大于1的任何整数。