超高分辨率光谱仪/复谱仪在光频率梳领域的应用

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24/4/2013,基于APEX公司的先进技术，光谱仪/光复谱仪的超高分辨率使得该产品在光频率梳（OFCS）应用中成为必不可少的设备，可以作为一种功能强大的光谱特性的定性测试和评估的工具。

1、光频率梳概述
高带宽业务的快速发展推动了互联网的爆炸式增长，使得更大容量的长距，城域以及接入网的部署需求变得更为迫切。
对于长距传输，更高的数据速率要求WDM系统拥有更高的单波长容量，以及更高的谱效率。根据这些需求，高级的光调制格式由于具有更高的谱效率引起了人们更多的关注。特别是高谱效率的多载波传输技术，副载波频率间隔等于每个副载波符号速率，成为进一步提高系统鲁棒性和谱效率的有前景的解决方案，这种技术可以通过电（或光）产生的OFDM（正交频分复用）或相干WDM（CoWDM）的形式部署。光频率梳光源（OFCS）由于能够产生相干的光载波，成为OFDM或CoWDM系统收发模块的一个关键的器件。
另外，OFCS自由谱范围可调谐对超级通道（superchannel）系统非常有用。确实，它允许OFCS根据需要的FSR进行调节以适应选定的符号速率和调制格式。另一方面，WDM无源光网络（WDM-PON）技术结合了先进的调制格式，可能是未来下一代接入网的解决方案（NGANs），但是OLT发射机和ONU接收机的高成本，高能耗阻碍这种网络的部署。作为一种经济有效解决方案，在WDM-PON网络中使用OFCS产生多个频率成分可以本质上减少OLT的发射机激光器的数量以及稳定波长所带来的成本。
在这种背景下，OFCS具有良好的频谱平坦度，高稳定性，窄线宽，低成本，实现简单，及其波长灵活性非常适合这种应用。

2、为什么使用APEX超高分辨率光谱仪/复谱仪
众多学术和工业研究者正聚焦于开发新的稳定的，经济有效的OFCS结构，以提高相干光OFDM，CoWDM，超级通道以及WDM-PON系统的竞争力。APEX OSA和OCSA(光复谱仪) 由于具有超高的分辨率（5MHz，0.04pm），波长精度（+/- 3pm），以及相位测量能力等OFCS结构评估，研究和验证所需的关键能力，因此在OFCS研究领域引起了极大的兴趣。

3、APEX UHR-OSA/OCSA：商用OFCS研究工具
APEX UHR OSA/OCSA是用于验证和评估OFCS指标书中一些重要指标的完美工具。确实，图1和图2中分别报道了OptoComb.Inc和Pritel.Inc两家公司生产的商用OFCS的测试光谱，。光谱由APEX UHR-OSA测量。

图 1: Pritel公司的OFCS光谱测试结果。利用APEX公司超高分辨率光谱仪，5MHz/0.04pm频率分辨率，脉冲重复频率约20MHz

图2：OptoComb公司的OFCS 光谱；由APEX公司超高分辨率光谱仪测量，分辨率为5MHz/0.04pm, 脉冲的重复频率约2.856GHz

正如这些图中描述的一样，APEX OSA的高分辨率特性能够展现所有的光梳模式而不像用传统光栅光谱仪一样只能测量包络。即使几十MHz的光梳模式间隔（例如：Pritel的光梳，20MHz），APEX OSA使用者照样可以检测生产厂家提供的OFCS脉冲重复频率值(如图3和图4)。

图3：Pritel公司的OFCS光谱的放大图

图4：OptoComb公司的OFCS光谱的放大图

对于有些应用，OFCS输出脉冲的时域特性研究非常重要。利用APEX公司的OCSA，我们可以测量脉冲宽度，高度甚至啁啾（如图5）。在特定情形下，由于可以直接观测到光信号的相位的时间包络（如图6），OCSA对于调整OFCS工作点（特别是RF 输入信号调制频率）是非常关键的。

图5：APEX公司的OCSA测量的OptoComb公司的OFCS的功率和啁啾的时间特性

图6：利用OCSA测试的OptoComb公司OFCS工作点的调整结果

4、APEX UHR OSA/OCSA：新OFCS结构的评估/验证工具

光梳的产生依然是国际上研究工作的主要课题，同时也是一些公司必要的起点。例如Pilot Photonics Ltd. 公司，就是一家为下一代光传输应用生产光梳子系统的私营企业。
Prince Anandarajah 博士，Pilot Photonics创建者，同时也是Dublin City University的研究员，他为我们展示了关于APEX OCSA在评估、验证他的OFCS结构中的重要作用。
“一些光梳源必须具备一些重要特性，如良好的频谱平坦度，高频率稳定度，窄线宽以及可调的自由谱范围等，我们发现APEX OCSA是一款研究上述光梳源特性标准的极为宝贵的工具。5MHz的分辨率，极佳的波长精度以及高动态范围使得准确定性测量和优化光梳成为可能。迄今为止，我们还没有找到比它更合适的替代品！！“
Pilot Photonics的OFCS基于一个增益开关激光二极管，如图7显示。可以看出在3dB谱宽有20个相干频率载波，其自由谱密度为10.7GHz，消光比至少45dB。这幅图是利用APEX UHR-OSA测量得到的。
OFCS的生命力可以通过增加产生光梳的数目得到进一步的提升。图8描述了拓宽的Pilot Photonics’OFCS的光谱，采用的频谱展宽技术利用了光纤的非线性。在3dB谱宽内包含约50个频率载波。