面向全光信息处理的三角形光脉冲发生器研究

Optical triangular-shaped pulses, which are named for the linear upping- and falling-slope in temporal waveforms, have already found many applications in all-optical information processing. In this project, we propose and study a novel photonic-assisted triangular-shaped pulses generator using microwave photonic technology. In the proposal, optical carrier suppression modulation and dispersion-induced power fading are employed to generate optical triangular-shaped pulses. With proper adjustment of optical waveform, optical triangular-shaped pulses with double the driving frequency can be obtained by using a sinusoidal oscillator. Unlike the traditional all-optical shaping approach, the proposal uses a continuous-wave laser as the source, not the pulse mode-locked laser, which is complicate and expensive. The advantages of our project can be listed as follows: 1) since the generated pulses are with full-duty in waveform, which means there is a fixed relationship between repetition frequency and pulse width, the project is with continuous tunablity in pulses; 2) since the proposal employ only low cost continuous-wave laser and simple dispersive fiber, the proposal is also with extremely low cost in construction and maintains. This is the first time that such an idea is reported. We believe that its research can enrich the structure of photonic-assisted triangular-shaped pulses generator. Besides, its feasible tunability and low cost will be of great interest to the commercial. It can be widely used once the project is accomplished.

三角形光脉冲是一种在时域范围内具有线性上升和下降沿的特殊光脉冲形式，它可应用于全光信息处理的多个领域中。本申请以微波光子学理论为基础，提出并研究一种新型的三角形光脉冲发生器方案。相比于传统的全光脉冲整形技术，本方案结合光子学和微波学的优势，将造价昂贵的脉冲锁模激光器替代为廉价稳定的连续波激光器，并巧妙运用光载波抑制调制技术和光纤色散所致的信号强度衰落效应，对连续波光信号进行波形调整，最终获得重复频率二倍于正弦调制频率的三角形光脉冲。方案的优势在于：1）所获得光脉冲具有满占空比特性，即信号脉宽与重复频率有严格的对应关系，因此方案具有连续的脉冲调节能力；2）使用了廉价的连续波光源和近乎零成本的色散光纤，因此方案还具有低廉的操作维护成本。本申请所涉及的方案国际上未见报道，其实现不仅有助于丰富三角形光脉冲发生器的结构，同时其灵活的调节能力、低廉的成本也有着广阔的市场前景，可望实现其产业化。

三角形光脉冲是在时域上具有线性上升和下降沿的特殊光脉冲形式，因此可以应用于全光信息处理的多个领域中。本项目以微波光子学理论为基础，主要研究了谐波拟合对称三角形光脉冲的生成方法及其关键技术。首先提出一种利用射频调制技术结合色散引起的功率衰落来生成三角形光脉冲的方法，可以获得更高的重复率或更小的脉冲持续时间。然后提出一种利用偏振调制代替色散介质作用的方法，可有效消除四次谐波成分的影响，实现周期性三角形光脉冲产生重复频率的动态调谐。利用非线性效应，本项目进一步提出了基于半导体光放大器中四波混频效应来生成三角形光脉冲串的实现方案，可以大大降低对调制深度的需求。基于光谱操作，本项目提出一种二倍频三角形光脉冲发生器方案，由于不需要色散元件和固定的调制系数，可以极大增强信号重复频率的可调性。在三角形光脉冲生成的研究基础上，本项目对三角形光脉冲的应用也进行了研究，重点分析了基于三角形光脉冲自相位调制效应的光波长变换。此外，基于微波光子学理论基础，本项目研究了三角形光脉冲生成所涉及的一些关键技术，包括光单边调制系统性能的优化、瞬时微波频率测量技术、相位可调微波信号产生等，进一步丰富了研究的内容并完善了项目的研究体系。发表论文被SCI收录16篇，EI收录6篇；专利授权5项，申请2项；获软件著作权5项；国际国内会议邀请报告7次；指导毕业博士生3人，硕士生7人，其中独立指导的1名博士生获得北京市优秀毕业生。