[发明专利]双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统及实现方法

权利要求书

1.一种双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统，其特征在于：

所述双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统，包括激光器、直接数字合成器(DDS)、倍频模块、光频梳模块和频谱扩展模块，激光器和直接数字合成器为倍频模块中的马赫-曾德尔调制器(MZM)提供光载波和线性调频信号，DDS的输出端口为a点；倍频模块实现电信号的光电转换及倍频，调节MZM直流端口的偏置电压，使MZM工作于载波抑制模式下，将输入的线性调频信号调制到光载波的1阶或2阶光边带上，从而产生2/4倍频信号，倍频模块的输出端口为b点；倍频模块输出的光信号首先输入到阵列波导光栅AWG1中进行波长分离，AWG1具有波长解复用的功能，从而将光信号中波长不同的 两个边带分离出来；AWG1的两个输出端口分别标记为c点和d点，AWG1输出的两路光信号分别注入到光频梳模块中的X-MZM和Y-MZM，光频梳模块生成五线光频梳，然后，调整本振信号的输入功率和MZM的直流偏置电压，使输出的光载波、±1阶和±2阶光边带的功率相等，从而实现五线光频梳的产生，X-MZM的输出端口标记为e，Y-MZM的输出端口标记为f；频谱扩展模块实现光信号的光电转换及频谱拼接，频谱扩展模块中AWG2的功能与AWG1类似，用于对五线光梳信号进行波长分离，从而在AWG2的五个输出端口得到五路不同波长的光信号，分别用g、h、i、j、k标记；五路光信号分别注入到五个并联的PD中进行光电探测，对得到的电信号进行频谱拼接，即可实现10/20倍频的线性调频信号频谱扩展。

2.一种利用权利要求1所述双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统的实现方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：激光器输出的光信号和DDS输出的线性调频信号分别表示为：和S(t)＝V_Ssin(ω_St+kπt²)；其中，E_c是光载波的电场强度，ω_c光载波的角频率，V_S、ω_S和k分别是线性调频信号的幅度、角频率和啁啾斜率；

步骤2：在二倍频模式下，倍频模块的输出b点的光信号表示为：

其中，m为调制指数，J_n(·)为第一类n阶贝塞尔函数；

在四倍频模式下，倍频模块的输出b点的光信号表示为：

步骤3：倍频模块输出的光信号输入到AWG1中，将上、下两个光边带分离出来，上、下光边带波长不同，AWG1根据波长进行分离，则c点光信号在二倍频模式下表示为：

在四倍频模式下表示为：

d点的光信号在二倍频模式下表示为：

在四倍频模式下可表示为：

AWG1输出的光信号输入到光频梳模块中，用作光载波,频率为f_LO1和f_LO2的本振信号分别输入到X-MZM和Y-MZM的RF端口，用作驱动信号，f_LO1和f_LO2的频率差与线性调频信号的带宽相同；在X-MZM中，本振信号表示为：S_LO1(t)＝V_LO1·sin(ω_LO1t)，其中，V_LO1和ω_LO1分别是本振信号的幅度和角频率；则X-MZM输出的载波、正负一阶边带和正负二阶边带分别为：

其中，为调制指数，为直流偏置角；

调整输入本振信号的功率和直流偏压，使|E₀|＝|E_±1|＝|E_±2|，则在e点产生频率间隔为f_LO1的五线光梳信号；

在Y-MZM中，本振信号表示为S_LO2(t)＝V_LO2·sin(ω_LO2t)，其中V_LO2和ω_LO2分别是本振信号的幅度和角频率，则输出的载波、正负一阶边带和正负二阶边带分别为：

调整输入本振信号的功率和直流偏压，使|E₀|＝|E_±1|＝|E_±2|，则在f点产生频率间隔为f_LO2的五线光梳信号；

步骤4：e点和f点的光信号合路后，输入到AWG2中进行通道分离，然后将五个通道的光信号输入到PD中进行光电探测，最终得到10/20倍频谱扩展的线性调频信号。