基于正交光注入增益开关850 nm-VCSEL获取双路宽带光学频率梳研究
发布时间：2021-01-22 19:31
光学频率梳（OFC）是在时域上具有重复频率的脉冲序列而在频域上具有等间隔的谱线分布,其被广泛应用于计量学、光通信、任意波形产生和光子微波等领域。目前OFC产生方式主要分为三种:一是利用锁模激光器获取OFC;二是通过外部调制器产生OFC;三是基于增益开关半导体激光器产生OFC。而基于增益开关半导体激光器产生OFC的方案由于具有易于实现、梳距灵活可调和低损耗等优势而受到业界的广泛关注。与边发射半导体激光器相比,垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有单纵模输出、阈值电流低、与光纤易耦合、易于集成激光阵列等独特优点。特别地,由于VCSEL腔内介质的各向异性使其具备输出两个正交偏振分量的潜力,因此基于VCSEL有望获得两路相互正交的宽带OFC。本文提出基于正交光注入增益开关850 nm垂直腔面发射激光器（850nm-VCSEL）获取梳距可调的双路宽带OFC的方案,数值研究了系统参量对OFC性能的影响。在该方案中,首先采用大信号电流调制850 nm-VCSEL使其呈现增益开关状态,此时Y偏振分量激射并呈现周期脉冲状态而X偏振分量被抑制,可获得一路偏振沿Y方向的OFC（Y-OFC）;进一步引入偏振方向...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光学频率梳频域(a)与时域(b)
硕士学位论文绪论3近梳齿的频率间隔，我们把这个频率间隔称之为拍频信号。再进一步确定最近距离梳齿的中心频率，于是被测激光的中心频率将能得到精确测量。通过微小改变OFC的0或者后观察光电探测器所测的拍频信号确定所测的连续激光和其距离最近的梳齿之间的大小，用商业使用的频率计大致测量连续激光器的中心频率于是得到被测连续激光最近距离梳齿的n值，从而将能确定距离最近梳齿的中心频率。2004年，日本Schibli课题组利用全光纤光学频率梳光源进行光学计量，证明了OFC可用于精密测量未知频率连续激光[12]。图1.2光学频率梳精密测量激光中心频率的示意图(2)在光传输领域中，众所周知，光波分复用技术可用于提高光纤通信传输容量。传统光波分复用技术中通常是利用连续激光阵列实现，OFC具有梳状光谱的特点，因此在光波分复用系统中也是很好的光源[13,14]。它的任何一根梳齿可以看作信息传输的通道，因此，信道随着梳齿根数的增加成倍扩大，进而光传输信息的容量也成倍增加。一般情况下，用于商业波分复用器、滤波器选取OFC梳齿的频率间隔是在GHz量级。光信号在传输过程中，其误码率和OFC梳齿的信噪比有关，当信噪比越高，误码率越校OFC的梳齿之间具有良好的相干性和其频率相对稳定的优点使光信号在光纤传输过程中产生的非线性效应可以得到补偿[15]。此外，OFC具有功率损耗低，结构紧凑等优点使之得到实际应用。(3)在光信号处理领域中，OFC可用于产生光学任意波形和微波信号处理[16,17]。改变频域上OFC的任何一根梳齿的强度和相位，由傅里叶变换理论得到在其时域上可呈现出任意波形的光学信号。光学任意波形的种类与OFC的梳齿根数有关。图1.3是OFC用于光学任意波形产生的示意图，一束连续激光先后经过两个相位调制器后产生OFC?
西南大学硕士学位论文绪论4理，梳齿变得平坦整齐，时域上呈现的是脉冲宽度为2.4ps的高斯脉冲序列。脉冲序列再先后经过掺铒光纤放大器和色散渐变光纤后，梳齿的数目扩大数倍，在时域上呈现出脉冲宽度仅为270fs光信号脉冲。脉宽被压缩的光信号经过第二台梳齿优化仪，其中部分梳齿的强度和相位被改变，时域上就可以得到光学任意波形[16]。图1.3光学频率梳用于光学任意波形产生的示意图(4)在光谱测量领域中，因为OFC独特的优点得到广泛的应用，性能也得到了改善提升，其光谱的覆盖范围已经从紫外直至中红外。OFC光谱测量技术因其具有测量光谱范围覆盖广、光谱分辨率高和测量灵敏度高等特点受到了诸多学者的青睐[18,19]。图1.4是双光梳用于测量光谱的原理图，双光梳是两台重复频率不同且具有相干性的OFC光源组成的双光梳系统[18]。双光梳系统测量光谱是将双光梳源经过被测样品后，再由傅里叶分析其相位和振幅得到所测样品的光谱信息。光频梳1经过气体光谱吸收池后，再与其重复频率不同的光频梳2合并进入光电探测器。相比于直接用OFC进行光谱测量，双光梳测量光谱技术系统装置是固定的，并且测量速度更快，光谱分辨率和信噪比都更高[20-22]。图1.4双光频梳用于光谱测量原理(5)在2007年，天文学家提出将频率梳技术应用到天文多谱勒视向速度测量中，也就是利用OFC在频谱上频率间隔相同和强度均匀分布的梳齿为高分辨的天文光谱仪做波长定标[23]。2008年，欧洲南方天文台和马普量子光学Hansch课题组共同完成首次在天文望远镜上通过OFC进行天文定标并且记录太阳光谱的谱线变化的实验[24]。OFC在高精度光谱定标应用中具有定标精度高、长期稳定性等优点由此得到了发展。通常在天文光谱仪的光谱定标应用中，为了匹配光谱仪的分辨
本文编号：2993782
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光学频率梳频域(a)与时域(b)
硕士学位论文绪论3近梳齿的频率间隔，我们把这个频率间隔称之为拍频信号。再进一步确定最近距离梳齿的中心频率，于是被测激光的中心频率将能得到精确测量。通过微小改变OFC的0或者后观察光电探测器所测的拍频信号确定所测的连续激光和其距离最近的梳齿之间的大小，用商业使用的频率计大致测量连续激光器的中心频率于是得到被测连续激光最近距离梳齿的n值，从而将能确定距离最近梳齿的中心频率。2004年，日本Schibli课题组利用全光纤光学频率梳光源进行光学计量，证明了OFC可用于精密测量未知频率连续激光[12]。图1.2光学频率梳精密测量激光中心频率的示意图(2)在光传输领域中，众所周知，光波分复用技术可用于提高光纤通信传输容量。传统光波分复用技术中通常是利用连续激光阵列实现，OFC具有梳状光谱的特点，因此在光波分复用系统中也是很好的光源[13,14]。它的任何一根梳齿可以看作信息传输的通道，因此，信道随着梳齿根数的增加成倍扩大，进而光传输信息的容量也成倍增加。一般情况下，用于商业波分复用器、滤波器选取OFC梳齿的频率间隔是在GHz量级。光信号在传输过程中，其误码率和OFC梳齿的信噪比有关，当信噪比越高，误码率越校OFC的梳齿之间具有良好的相干性和其频率相对稳定的优点使光信号在光纤传输过程中产生的非线性效应可以得到补偿[15]。此外，OFC具有功率损耗低，结构紧凑等优点使之得到实际应用。(3)在光信号处理领域中，OFC可用于产生光学任意波形和微波信号处理[16,17]。改变频域上OFC的任何一根梳齿的强度和相位，由傅里叶变换理论得到在其时域上可呈现出任意波形的光学信号。光学任意波形的种类与OFC的梳齿根数有关。图1.3是OFC用于光学任意波形产生的示意图，一束连续激光先后经过两个相位调制器后产生OFC?
西南大学硕士学位论文绪论4理，梳齿变得平坦整齐，时域上呈现的是脉冲宽度为2.4ps的高斯脉冲序列。脉冲序列再先后经过掺铒光纤放大器和色散渐变光纤后，梳齿的数目扩大数倍，在时域上呈现出脉冲宽度仅为270fs光信号脉冲。脉宽被压缩的光信号经过第二台梳齿优化仪，其中部分梳齿的强度和相位被改变，时域上就可以得到光学任意波形[16]。图1.3光学频率梳用于光学任意波形产生的示意图(4)在光谱测量领域中，因为OFC独特的优点得到广泛的应用，性能也得到了改善提升，其光谱的覆盖范围已经从紫外直至中红外。OFC光谱测量技术因其具有测量光谱范围覆盖广、光谱分辨率高和测量灵敏度高等特点受到了诸多学者的青睐[18,19]。图1.4是双光梳用于测量光谱的原理图，双光梳是两台重复频率不同且具有相干性的OFC光源组成的双光梳系统[18]。双光梳系统测量光谱是将双光梳源经过被测样品后，再由傅里叶分析其相位和振幅得到所测样品的光谱信息。光频梳1经过气体光谱吸收池后，再与其重复频率不同的光频梳2合并进入光电探测器。相比于直接用OFC进行光谱测量，双光梳测量光谱技术系统装置是固定的，并且测量速度更快，光谱分辨率和信噪比都更高[20-22]。图1.4双光频梳用于光谱测量原理(5)在2007年，天文学家提出将频率梳技术应用到天文多谱勒视向速度测量中，也就是利用OFC在频谱上频率间隔相同和强度均匀分布的梳齿为高分辨的天文光谱仪做波长定标[23]。2008年，欧洲南方天文台和马普量子光学Hansch课题组共同完成首次在天文望远镜上通过OFC进行天文定标并且记录太阳光谱的谱线变化的实验[24]。OFC在高精度光谱定标应用中具有定标精度高、长期稳定性等优点由此得到了发展。通常在天文光谱仪的光谱定标应用中，为了匹配光谱仪的分辨
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