1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心, 河北 保定 071002
为研究傅里叶域锁模光电振荡器(FDML OEO)的锁模匹配精度,首先通过分析 FDML OEO在滤波器调谐周期与环路延迟时间整倍数存在误差时的起振过程,研究建立 FDML OEO开环增益、可调滤波器半波带宽、扫频输出带宽与傅里叶域锁模匹配精度之间的关系;随后选取 FDML OEO的输出线性扫频信号延时自外差拍频信号的相位噪声作为振荡器输出信号质量的评价参数。通过实验验证 FDML OEO中可调谐滤波器半波带宽、系统开环增益与傅里叶域锁模匹配精度之间的关系;实验分析了傅里叶域匹配精度对 FDML OEO输出射频信号带宽的影响。实验结果与理论相一致,结果表明:可调谐滤波器的半波带宽越大,开环增益越大,傅里叶域锁模的匹配精度要求越低;傅里叶域锁模输出频率范围越大,对傅里叶域锁模的匹配精度要求越高;失谐情况越严重,FDML OEO可实现的最大扫频范围将越小。该研究结果为宽带、低相噪 FDML OEO的发展提供了重要的技术理论参考。
光学器件 傅里叶锁模 光电振荡器 可调射频滤波器 相位噪声 光学学报
2022, 42(10): 1023001
中国空间技术研究院西安分院 空间天线技术研究所, 西安 710100
光电振荡器被广泛应用于雷达、通信和测量领域, 是微波光子学领域的研究热点,新概念和新技术的引入促进了光电振荡器研究的发展, 进一步拓展了光电振荡器在现代电子系统中的应用。介绍了引入光电振荡器中的新概念和新技术, 包括宇称-时间对称光电振荡器、傅里叶域锁模光电振荡器、参量振荡光电振荡器和集成光电振荡器, 指出了光电振荡器的未来发展方向。
光电振荡器 宇称-时间对称 傅里叶域锁模 参量振荡 optoelectronic oscillator parity-time symmetry Fourier domain mode-locking parametric oscillation
1 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心, 河北 保定 071002
3 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
傅里叶域锁模是一种可以同时获得快速频率或波长扫描和高质量激光输出的方法。以掺铒光纤激光器为例,首次系统性地论证了傅里叶域锁模扫频激光器的研究方法,主要内容包括激光谐振腔长与扫描滤波器速率匹配、腔内色散管理、扫描滤波器性能表征、激光增益介质特性分析、激光器系统设计等理论、原理及方法研究过程,以及激光极限锁模范围、单向扫描性能、不同延迟光纤和滤波器驱动频偏对激光输出功率影响、不同扫描方向激光瞬时线宽受滤波器驱动频偏影响等实验研究与讨论过程。同时,首次演示了以掺铒光纤为激光增益介质且波长扫描范围为3.072 nm、光信噪比为57.31 dB、扫描速率为62.918 kHz、瞬时线宽为4.28 GHz的高质量傅里叶域锁模扫频光纤激光输出,并讨论了其性能进一步提升方法。本文对于初步接触傅里叶域锁模扫频激光技术的研究人员具有重要的指导意义。
激光器 傅里叶域锁模 扫频激光器 掺铒光纤 扫描滤波器 中国激光
2021, 48(16): 1601003
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, Institute of Semiconductors, State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Beijing, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, School of Electronic, Electrical, and Communication Engineering, Beijing, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, Beijing, China
4 Beijing University of Posts and Telecommunications, State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing, China
5 Universitat Politécnica de Valencia, ITEAM Research Institute, Photonics Research Labs, Valencia, Spain
6 University of Ottawa, Microwave Photonics Research Laboratory, Ottawa, Ontario, Canada
An optoelectronic oscillator (OEO) is a microwave photonic system that produces microwave signals with ultralow phase noise using a high-quality-factor optical energy storage element. This type of oscillator is desired in various practical applications, such as communication links, signal processing, radar, metrology, radio astronomy, and reference clock distribution. Recently, new mode control and selection methods based on Fourier domain mode-locking and parity-time symmetry have been proposed and experimentally demonstrated in OEOs, which overcomes the long-existing mode building time and mode selection problems in a traditional OEO. Due to these mode control and selection methods, continuously chirped microwave waveforms can be generated directly from the OEO cavity and single-mode operation can be achieved without the need of ultranarrowband filters, which are not possible in a traditional OEO. Integrated OEOs with a compact size and low power consumption have also been demonstrated, which are key steps toward a new generation of compact and versatile OEOs for demanding applications. We review recent progress in the field of OEOs, with particular attention to new mode control and selection methods, as well as chip-scale integration of OEOs.
optoelectronic oscillator microwave photonics Fourier domain mode-locking parity-time symmetry photonics integrated circuits Advanced Photonics
2020, 2(4): 044001
1 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学理学院, 湖北 武汉 430070
傅里叶域锁模(FDML)技术可在保持扫频光源各项指标性能优越的前提下,将扫频速度提高至调谐滤波器的设计极限。为进一步提升FDML扫频激光光源的扫频速度,在激光谐振腔内引入光学缓存装置来实现对扫频光的备份。实验中基于环腔内光学缓存装置的扫频光源中心波长为1310 nm,扫频范围为95 nm,瞬时线宽为0.1 nm,扫频速度翻倍提升至202 kHz,平均输出光功率为7.5 mW。利用光学缓存装置可将传统FDML高速扫频光源的扫频速度翻倍提升,对提升扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统的综合成像性能具有重要意义。
激光器 光学相干层析成像 扫频激光光源 光学缓存装置 傅里叶域锁模 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 011407
1 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
2 光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
针对现有扫频光学相干层析成像中扫频范围不足的问题,提出了一种基于量子点半导体光放大器(QD-SOA)与量子阱半导体光放大器(QW-SOA)并联的傅里叶域锁模(FDML)高速宽带扫频光源。研究了两种SOA的输出特性,并将中心波长为1310 nm的QW-SOA与中心波长为1280 nm的QD-SOA并联置于光纤环形腔内,结合FDML技术,研制了一种高速宽带扫频光源。该扫频光源的扫频范围为318 nm,半峰全宽为110 nm,扫频速率为101 kHz,光源平均输出光功率为7.8 mW,瞬时线宽低于0.1 nm。
成像系统 光学相干层析成像 扫频光源 傅里叶域锁模 量子点半导体光放大器 扫频范围 激光与光电子学进展
2019, 56(20): 201101
上海理工大学医疗器械与食品学院， 上海 200093
在搭建的窄瞬时线宽的扫频激光光源的基础上，通过实验和数值模型对影响激光瞬时线宽的主要因素进行了研究。研究结果发现，扫频激光的瞬时线宽会随着色散的增加而变宽，滤波器的带宽和加载给滤波器的信号都会影响瞬时线宽，同时腔内的模式竞争能够保证更窄的激光瞬时线宽。
医用光学 光学相干层析技术 扫频激光光源 窄瞬时线宽 傅里叶域锁模 光学学报
2016, 36(11): 1117001
上海理工大学医疗器械与食品学院, 上海 200093
搭建了一个中心波长为1340 nm、扫频速度为30 kHz的光纤型窄瞬时线宽扫频激光光源，光源相位和光强稳定性高，扫频范围为10 nm，半峰全宽为6 nm，瞬时线宽小于0.018 nm，输出平均光功率为9.1 mW。实验扫频激光光源在傅里叶域锁模技术的基础上，使用精密度为5578、窄透射窗口的法布里-珀罗滤波器(FFP-TF)作为调谐滤波器，以腔内增益介质的自发辐射为背景光，经过单模长光纤后，到达FFP-TF 并对腔内的激光进行调谐滤波，最后稳定地输出窄瞬时线宽的扫频激光。讨论了影响光源瞬时线宽的因素。搭建的窄瞬时线宽扫频激光光源具有极高的精密度和稳定性，可直接应用于对分辨率要求比较高的高速分子光谱学、分子吸收光谱学等领域。
光学设计 光学相干层析术 扫频激光光源 窄瞬时线宽 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器
北京长城计量测试技术研究所光纤传感技术中心, 北京 100095
扫频光源是光纤传感解调的关键部件，高质量的扫频光源可提高光纤传感系统的信噪比和解调精度。研制了一种基于傅里叶域模式锁定（FDML）的扫频光源。光源采用环形腔结构，由半导体光放大器（SOA）、光纤法布里-珀罗(FP)可调谐滤波器、隔离器、光纤耦合器和光纤延迟线组成。同时设计了基于FP 腔的滤波器，对输出光谱进行平坦滤波。得到扫频范围为60 nm(1506~1566 nm)，扫频速度为250 Hz，平坦度优于0.3 dB，线宽小于0.16 nm，平均输出光功率为4.53 mW 的扫频光源。研制出的扫频光源结构简单、成本低廉、平坦度好，在光纤传感解调系统中作为光源有一定的实用价值。
激光器 扫频光源 傅里叶域模式锁定 半导体光放大器 FP 腔滤波器 光纤传感解调 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 020601
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
报道了一种傅里叶域锁模（FDML）的扫频激光光源。扫频激光光源由激光谐振腔和光功率增强单元组成，激光谐振腔主要包含增益介质、调谐滤波器和延迟线。增益介质采用了两个串联的半导体光放大器，调谐滤波器则采用了基于利特罗结构的光栅旋转多面镜。研制的FDML扫频激光光源的中心波长为1290 nm，扫频速度为14.8 kHz，扫频范围为108 nm，半峰全宽为61 nm，输出平均功率达3 mW。扫频光源是光学频域成像系统的关键部件，该扫频光源的研制将有力推动光学频域实时成像技术的发展。
激光器 光学相干层析技术 光学频域成像 扫频光源 傅里叶域锁模 调谐滤波器
