基于谐波拟合对称三角形光脉冲串生成及关键技术研究

Symmetrical triangular-shaped pulse is characterized by its linear up- and falling edge in temporal waveform, which is widely used in all optical signal processing. In this proposal, a novel approach to generate the target pulse train based on continuous-wave RF modulation. The basic principle is to make the expression of optical intensity approximately equal to the Fourier expansion (1st and 3rd orders) of idea symmetrical triangular-shaped waveform. Thus the final optical intensity can be considered as optical pulse train with fixed temporal shape. Based on the generation approach, the proposal will also focus on some key techniques, such as the stable output condition of pulse train and extinction ratio, repetition rate tuning procedure, and so on. The research on the above technique will enhance the development of symmetrical triangular-shaped pulse generation and its application, both in theory and experiment. The advantages are: 1) Using continuous-wave laser instead of mode-locked pulse laser, construction cost can be significantly reduced when compared with traditional all-optical pulse shaping technique; 2) The pulse repetition rate is dependent on the driving frequency only (two time or four time), which makes the approach with frequency multiplication ability. The duty cycle is also fixed as one, which makes the approach with flexible tuning ability. Based on the above reasons, we put forward this proposal. We believe its research has important application prospect in future all-optical network.

研究具有前/后沿恒定变化的对称三角形光脉冲串生成，应用领域为全光信号处理。本申请拟以连续光射频调制为基础，研究一种对光强度中各阶谐波的权值及相位关系进行调整的方法，实现其时域表达式向理想对称三角形傅立叶级数展开式前两项的谐波拟合，从而获得周期性起伏的对称三角形光脉冲串。以此为基础，本申请还将对其中的几项关键技术进行深入研究，包括，光脉冲串的稳定输出条件、消光比及稳定性条件、重复频率调谐措施等，通过对上述关键技术的研究，可为该项技术的进一步实用化提供必要的理论和实验依据。本申请所涉及方案的新意在于：1）相比传统全光脉冲整形法，利用连续激光代替脉冲激光，可有效解决光脉冲串生成成本过高的问题；2）所获得光脉冲串重复频率与射频调制频率之间满足严格的对应关系，且占空比恒定为一，因此本申请还具有频率上变换和调节方式灵活的特性。申请人以此为出发点，提出本次申请，其研究内容在未来全光网络中有重要应用前景。

具有高重复率的连续光函数波形光脉冲信号，可广泛应用于高速光信号处理和全光交换等领域，其中光域内三角形脉冲在全光波长交换、脉冲压缩、信号再生和时频域信息拷贝等应用领域，有其独特的优势，因此研究低成本获得稳定输出的光脉冲将具有非常重要的学术价值。本项目所提出的基于谐波拟合产生三角形光脉冲串采用连续波激光为光源，结合谐波拟合获得具有高重复频率且类似于脉冲输出的三角形光信号，传统此类方案中，通常需要采用短脉冲源并结合函数光滤波器实现。目前来说，利用连续波光源代替脉冲光源，可大幅降低系统复杂程度和实现成本。本项目主要解决设计模型的以下三个具体问题：1）方案模型的理论、仿真及实验验证；2）模型的射频调制特性：3）模型的重复频率可调谐特性。具体来说，本项目深入研究了基于射频调制结合色散所致功率衰落获得三角形光脉冲串结构，对其中的消光比、调制系数、偏置漂移、色散漂移等参量的影响进行了定量分析并进行了验证，在此基础上开展了射频调制特性和重复频率可调谐特性的研究，射频调制特性研究方面，提出了调制系数不敏感的实现方案，解决了原始模型中固定调制系数问题，提升了方案的实用性；重复频率可调谐特性研究方面，提出了无需光学滤波器的三角形光脉冲生成方案，结合外部调制器的倍频调制（二倍频和四倍频）特性，在设备带宽允许的情况下，可以更低的调制频率得到更高重复频率的信号输出，相关的研究具有重要的应用前景。本申请所涉及的方案为项目负责人首次提出，其研究内容，是符合未来全光通信网技术发展的迫切需求的，项目方案相比传统的短脉冲实现方案，具备实现难度低、成本低和灵活性高等特点，具有广阔的市场前景和产业化前景。