[发明专利]在光纤传输中压缩低频相位噪声的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及光纤传输引入的相位噪声的压缩技术，具体是一种通过外差拍频检测相位噪声，用低通滤波器提取反馈信号实现压缩低频相位噪声的方法。

背景技术

近年来，窄线宽激光器在光学通信、光学精密测量、高分辨率激光光谱研究等方面有着广泛的应用。光束在长距离光纤传输过程中，由于环境变化的影响，光纤的折射率等因素发生随机变化，使得传输过程中的激光相位和偏振发生随机变化，引入了相位噪声。相位噪声会导致经光纤传输的窄线宽激光线宽增宽，降低光束相干性，影响光纤传输的信号质量。压缩相位噪声的目的是减小接收信号相对于发射信号的相位随机变化，使得经过长距离光纤传输后光的相位和频率与初始相同。

目前，人们实现了很多压缩相位噪声的方法。通常利用光纤远端的反射光信号来提取相位噪声，并通过相位调节反馈控制器对入射光进行调制从而达到在源端消除相位噪声的目的。这种方法还可以用于稳定微波和光频率梳信号的传输频率。这里涉及到的反馈控制器可以是光纤延伸器或者温控光纤轴来调节光相位延时，或者通过一个声光调制器（AOM）通过调节光的频率来间接调节相位延时。

这些方法都采用无频率选择特性的无源光学器件，由于不同频段的相位噪声对反馈的作用不同，导致在压低某一频段的噪声的同时在其他频段引入更大的相位噪声。由于环境对光纤的影响主要集中在温度、振动和压力的变化，这些噪声主要存在于低频频段。因此，有必要发明一种可以有效地消除低频段相位噪声的方法，以解决无频率选择反馈引起的各频段相位噪声相互干扰从而无法有效消除低频相位噪声的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的无频率选择反馈压缩相位噪声的方法不能精确地压缩低频相位噪声的问题，提供了一种可以有效压缩低频段相位噪声的方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种在光纤传输中压缩低频相位噪声的方法，包括如下步骤：

（1）、以激光器为光源发出的光依次经光纤隔离器FOI和光纤衰减器FOA后分为参考光和信号光两束光；所述激光器发出的光源相位是φ_ref；

（2）、初始相位为φ_ref的信号光经声光调制器AOM₁移频后相位变为φ_ref+φ₁，所述声光调制器AOM₁的驱动频率信号由压控振荡器VCO提供，该信号光经过长距离光纤向远端传输信息的传输过程中会携带引入的相位噪声，设定相位噪声的相位为φ_n，该信号光的相位变为φ_ref+φ₁+φ_n； 

（3）、初始相位为φ_ref的参考光经声光调制器AOM₂移频后相位变为φ_ref+φ₂，所述声光调制器AOM₂的驱动频率信号是由射频信号发生器RF提供的标准正弦信号；

（4）、相位为φ_ref+φ₁+φ_n的信号光和相位为φ_ref+φ₂的参考光一起进入光电探测器PD拍频，在光电探测器PD的交流输出端得到两束光的光差频信号，所述光差频信号的相位为φ₂-φ₁-φ_n；

（5）、压控振荡器VCO和射频信号发生器RF提供的两个驱动频率信号依次经过混频器和低通滤波器LPF₁后得到驱动频率差频信号，所述驱动频率差频信号的相位为φ₂-φ₁；

（6）、光差频信号和驱动频率差频信号依次通过混频器和低通滤波器LPF₂后得到信号光所携带引入的相位噪声，得到该相位噪声的相位φ_n；

（7）、步骤（6）得到的噪声信号分为两路，一路传输至数字示波器进行快速傅里叶变换FFT显示频谱，另一路依次通过比例积分微分控制器PID和加法器后输入压控振荡器VCO；

（8）、调节不同的比例积分微分控制器PID参数，通过压控振荡器VCO反馈给声光调制器AOM₁，实时调节声光调制器AOM₁的驱动频率信号，进而补偿相位噪声使得数字示波器进行快速傅里叶变换FFT的值最小，接近本底噪声即可。