基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法

摘要

本发明提供一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法，包括：种子源输出窄线宽光信号；设计二值化多频信号，通过任意波形发生器输出；滤除信号谐波后，进行功率放大，再滤除倍频成分；通过相位调制展宽种子源光谱；测量与记录展宽后种子源光谱形状；种子源通过一个光隔离器后，通过光功率预放大器；种子源信号光接入第一光环形器端口，从第二光环形器端口引出接入光功率主放大器，将一个光功率计与第三光环形器端口相接；将第二光环形器端口输出信号经光功率计进行实时检测。本发明在有限光谱展宽范围内优化光谱细节，提升带内平坦度，抑制高功率窄线宽连续光纤激光器功率放大过程中的受激布里渊散射和自脉冲现象。

权利要求

1.一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，包括：窄线宽激光器、任意波形发生器、相位调制器、功率放大器、主控振荡结构光纤放大器、以及光功率计、光电二极管和示波器；

其中，窄线宽激光器：发出光信号，作为种子源；

任意波形发生器：实时输出仿真设计的电信号；

相位调制器：将任意波形发生器输出的电信号调制到所述的窄线宽激光器发出的光信号上；

功率放大器：提高电信号的功率，增大相位调制的调制深度；

主控振荡结构光纤放大器：包括光隔离器、光功率预放大器、光环形器、光功率主放大器；

光隔离器：隔离反向传输的光信号；

光功率预放大器：将种子源输出信号放大到预设的功率范围；

光环形器：包括第一光环形器端口、第二光环形器端口和第三光环形器端口；

光功率主放大器：对预放大后的信号功率进行更高功率的放大处理；

光功率计：监测前向和反向光功率；

光电二极管：将光信号转化为电信号；

示波器：实时监测输出激光的时域信号；

在仿真软件上设计频域信息确定的多频信号，设置幅度阈值，二值化处理后转为0‑1序列，通过任意波形发生器或其他模数转换器产生，作为相位调制器的驱动信号；

所述二值化多频信号是由频率间隔为Hz、kHz、MHz或GHz量级，幅度能够调节的正弦信号叠加，并经过二值化处理转化成的0‑1序列；

设计二值化多频信号具体包括：

自定义高频分量的幅度；

对高频信号进行时域二值化；

对频域进行数字化截止滤波，以滤除二值化产生的杂波分量；

通过改变所述二值化多频信号时域和频域的信号包络特征对展宽光谱的波形和带内平坦度进行优化。

2.根据权利要求1所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，在功率放大器前后设置带宽匹配的电滤波器以滤除谐波。

3.根据权利要求1所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，在相位调制器和光功率预放大器之间设置光隔离器，防止反向回光信号对光器件造成损坏。

4.一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，其特征在于，基于权利要求

1‑3中任意一项所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，执行步骤包括：步骤S1：将种子源输出指定中心波长的光信号经过相位调制器后，通过外相位调制进行光谱展宽；

步骤S2：在仿真软件上设计二值化多频信号，并通过任意波形发生器或其他模数转换器输出，其中，通过调节任意波形发生器的采样率和输出峰峰值调节驱动信号的带宽和幅度；

所述步骤S2中设计二值化多频信号包括：

步骤S2.1：自定义高频分量的幅度；

步骤S2.2：对高频信号进行时域二值化；

步骤S2.3：对频域进行数字化截止滤波，以滤除二值化产生的杂波分量；

步骤S3：将步骤S2中产生的多频信号经过带宽匹配的电滤波器滤除谐波后，经过功率放大器进行功率放大，再通过电滤波器滤除倍频成分；

步骤S4：使用光谱仪观察步骤S1中输出光的光谱形状，进行3 dB带宽和带内平坦度的测量与记录；

步骤S5：将步骤S1输出光通过一个光隔离器后，通过一级或多级光功率预放大器；

步骤S6：将步骤S5中经过光功率预放大器的种子源信号光接入第一光环形器端口，并从第二光环形器端口引出接入光功率主放大器，将一个光功率计与第三光环形器端口相接，用于测量后向回光功率；

步骤S7：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光功率计进行正向激光输出光功率的实时检测；

步骤S8：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光电二极管后，经示波器进行正向时域自脉冲的实时检测。

5.根据权利要求4所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，其特征在于，所述种子源光谱的展宽通过单级高阶相位调制实现或通过级联的外相位调制实现。

6.根据权利要求4所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，其特征在于，所述光谱展宽带内平坦度的优化能够通过微调驱动信号的幅度和带宽实现。

7.根据权利要求4所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，其特征在于，所述二值化多频信号是由频率间隔为Hz、kHz、MHz或GHz量级，幅度能够调节的正弦信号叠加，并经过二值化处理转化成的0‑1序列。

说明书

基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超高功率激光放大技术的光谱展宽领域，具体地，涉及一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法。

背景技术

[0002] 高功率光纤激光器具有光束质量高、散热性能好、环境稳定等优点，在材料加工、医学、遥感、国防等领域有着广泛的应用，千瓦级及以上的高功率光纤激光器一直是工业界和学术界密切研究的对象[1]。其中，窄线宽的单模光纤激光器可以用于光束合成应用，如光谱光束合成(SBC)和相干光束合成(CBC)，来提升激光输出功率，引起了人们的极大关注。由于纤芯尺寸小、相互作用时间长，高功率单模光纤激光器会受到诸如受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)等非线性效应的不利影响。其中，受激布里渊散射是窄线宽连续光纤放大器的最低阈值非线性效应[2]。这个过程是相位匹配的三阶非线性相互作用，它将声学声子耦合到光场的光子和后向散射的斯托克斯光上。因此，光功率从激光转移到后向斯托克斯光中，从而抑制了信号光的放大，并且反向回波会引起脉冲，导致光纤放大器中的元件损坏[3]。因此，抑制SBS效应是提升光纤激光器输出功率的最紧要的任务。

[0003] 公开号为CN113225133A的发明专利，公开了一种窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法，包括：白噪声源，产生白噪声电信号；功率分配器，将白噪声电信号分为至少两路白噪声电信号；至少两个滤波器，滤除接收到的白噪声电信号中不必要的信号频率；至少两个射频放大器，每个射频放大器分别与滤波器相连，对电信号进行功率强度放大处理，得到放大后的白噪声电信号；至少两个可调衰减器，与射频放大器相连，对白噪声电信号进行衰减调整，并将调整后的白噪声电信号输出至相位调制器进行电光调制；单频激光器，用于输出预设波长和功率的激光；至少两个相位调制器，相位调制器还用于对接收到的激光进行光谱展宽处理，以得到光谱展宽后的目标光源。

[0004] 目前，有很多抑制SBS的方案，如增大模场面积(LMA)、减小光纤有效长度[4]、使用反向泵浦结构[5]、相位调制展宽种子激光线宽[3][6]等。其中相位调制展宽种子源是目前应用范围最广的方案，主要是从频域的角度实现SBS抑制。相位调制只改变相位，不引入额外的功率，且能够灵活调节光谱的线宽，通过增加布里渊增益谱宽度，实现对SBS的有效抑制。鉴于白噪声较好的频谱连续性，目前主流方案均采用级联白噪声源的相位调制的全光纤窄线宽放大器。理论上，种子源带宽越宽，SBS的抑制效果越好，但是考虑到光束合成的实际用途及种子源相干性的要求，线宽不应过高，应小于20GHz。而采用白噪声方案获得高输出功率(2.5kW以上)所需的光谱带宽较宽(30GHz以上)[7]，而且自脉冲效应成为了限制窄线宽连续光纤激光器功率提升的一个严重限制因素。自脉冲来源于随机信号的局部频域劣化导致的时域脉冲，与SBS效应有关，严重威胁了激光器的安全。

[0005] 因此，本领域的技术人员致力于设计出实现固定带宽下最优光谱的多频驱动信号。

[0006] 参考文献：

[0007] [1]D.J.Richardson,J.Nilsson,and W.A.Clarkson,“High power fiber lasers:current status and future perspectives,”J.Opt.Soc.Am.B27,B63–B92(2010).

[0008] [2]R.G.Smith“, Optical power handling capacity of low loss optical fibers as determined by stimulated Raman and Brillouin scattering,”Appl.Opt.,vol.11,no.11,pp.2489‑2494,Nov,1972.

[0009] [3]Angel Flores,Craig Robin,Ann Lanari,and Iyad Dajani,"Pseudo‑random binary sequence phase modulation for narrow linewidth,kilowatt,monolithic fiber amplifiers,"Opt.Express 22,17735‑17744(2014).

[0010] [4]C.Robin,I.Dajani,and B.Pulford“, Modal instability‑suppressing,single‑frequency photonic crystal fiber amplifier with 811W output power,”Opt.Lett.,vol.39,no.3,pp.666–669,Feb.2014.

[0011] [5]Y.Huang et al.,“2.19kW  narrow linewidth FBG‑based  MOP  A configuration fiber laser,”Opt.Express,vol.27,no.3,pp.3136–3145,Jan.2019.[0012] [6]A.V.Harish and J.Nilsson“,Optimization of phase modulation formats for suppression of Stimulated Brillouin scattering in optical fibers,”IEEE J.Sel.Topics.Quantum Electron.,vol.24,no.3,May 2018,Art.no.5100110.[0013] [7]Wang Y,Feng Y,Ma Y,et al.2.5kW narrow linewidth linearly polarized all‑fiber MOPA with cascaded phase‑modulation to suppress SBS induced self‑pulsing[J].IEEE Photonics Journal,2020.

发明内容

[0014] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法。

[0015] 根据本发明提供的一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法，所述方案如下：

[0016] 第一方面，提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，所述系统包括：

[0017] 窄线宽激光器、任意波形发生器、相位调制器、功率放大器、主控振荡结构光纤放大器、以及光功率计、光电二极管和示波器；

[0018] 其中，窄线宽激光器：发出光信号，作为种子源；

[0019] 任意波形发生器：实时输出仿真设计的电信号；

[0020] 相位调制器：将任意波形发生器输出的电信号调制到所述的窄线宽激光器发出的光信号上；

[0021] 功率放大器：提高电信号的功率，增大相位调制的调制深度；

[0022] 主控振荡结构光纤放大器：包括光隔离器、光功率预放大器、光环形器、光功率主放大器；

[0023] 光隔离器：隔离反向传输的光信号；光功率预放大器：将种子源输出信号放大到预设的功率范围；

[0024] 光环形器：包括第一光环形器端口、第二光环形器端口和第三光环形器端口；

[0025] 光功率主放大器：对预放大后的信号功率进行更高功率的放大处理；

[0026] 光功率计：监测前向和反向光功率；

[0027] 光电二极管：将光信号转化为电信号；

[0028] 示波器：实时监测输出激光的时域信号。

[0029] 优选的，在功率放大器前后设置带宽匹配的电滤波器以滤除谐波。

[0030] 优选的，所述在相位调制器和光功率预放大器之间设置光隔离器，防止反向回光信号对光器件造成损坏。

[0031] 优选的，在仿真软件上设计频域信息确定的多频信号，设置幅度阈值，二值化处理后转为0‑1序列，通过任意波形发生器或其他模数转换器产生，作为相位调制器的驱动信号。

[0032] 优选的，通过改变所述二值化多频信号时域和频域的信号包络特征对展宽光谱的波形和带内平坦度进行优化。

[0033] 第二方面，提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，所述方法包括：

[0034] 步骤S1：将种子源输出指定中心波长的光信号经过相位调制器后，通过外相位调制进行光谱展宽；

[0035] 步骤S2：在仿真软件上设计二值化多频信号，并通过任意波形发生器或其他模数转换器输出，其中，通过调节任意波形发生器的采样率和输出峰峰值调节驱动信号的带宽和幅度；

[0036] 步骤S3：将步骤S2中产生的多频信号经过带宽匹配的电滤波器滤除谐波后，经过功率放大器进行功率放大，再通过电滤波器滤除倍频成分；

[0037] 步骤S4：使用光谱仪观察步骤S1中输出光的光谱形状，进行3dB带宽和带内平坦度的测量与记录；

[0038] 步骤S5：将步骤S1输出光通过一个光隔离器后，通过一级或多级光功率预放大器；

[0039] 步骤S6：将步骤S5中经过光功率预放大器的种子源信号光接入第一光环形器端口，并从第二光环形器端口引出接入光功率主放大器，将一个光功率计与第三光环形器端口相接，用于测量后向回光功率；

[0040] 步骤S7：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光功率计进行正向激光输出光功率的实时检测；

[0041] 步骤S8：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光电二极管后，经示波器进行正向时域自脉冲的实时检测。

[0042] 优选的，所述步骤S2中设计二值化多频信号包括：

[0043] 步骤S2.1：自定义高频分量的幅度；

[0044] 步骤S2.2：对高频信号进行时域二值化；

[0045] 步骤S2.3：对频域进行数字化截止滤波，以滤除二值化产生的杂波分量。

[0046] 优选的，所述种子源光谱的展宽通过单级高阶相位调制实现或通过级联的外相位调制实现。

[0047] 优选的，所述光谱展宽带内平坦度的优化能够通过微调驱动信号的幅度和带宽实现。

[0048] 优选的，所述二值化多频信号是由频率间隔为Hz、kHz、MHz或GHz量级，幅度能够调节的正弦信号叠加，并经过二值化处理转化成的0‑1序列。

[0049] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

[0050] 1、结构简单：可采用低半波电压的相位调制器和高饱和输出的功率放大器，利用相位调制的高阶频率成分实现光谱展宽效果，仅需要单个相位调制器及功率放大器；

[0051] 2、便于调节：该系统通过Matlab等仿真软件设计信号并经过任意波形发生器或其他模数转换器产生，时域、频域细节可控；

[0052] 3、波形方便设计：采用二值化多频信号设计，波形上具有较大的调节灵活度，易于实现。

附图说明

[0053] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0054] 图1为本发明实施例的二值化多频信号种子源光谱展宽的实验装置示意图；

[0055] 图2为本发明实施例的功率放大器加滤波器后的频率响应曲线图；

[0056] 图3为本发明实施例的二值化前的多频信号的时域、频域特性图；

[0057] 图4为本发明实施例的二值化后的多频信号的时域、频域特性图；

[0058] 图5为本发明实施例的二值化多频信号在添加频域截止滤波后，驱动信号的时域、频域特性图；

[0059] 图6为本发明实施例在二值化多频信号驱动下，种子源在单级相位调制下的光谱展宽效果图；

[0060] 图7为本发明实施例在速率为1.25Gbps的二值化多频信号驱动下，主控振荡器功率放大器的正向输出功率与反向回光功率的测量曲线图。

具体实施方式

[0061] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0062] 实施例1：

[0063] 本发明提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，参照图1所示，该系统包括：窄线宽激光器、任意波形发生器、相位调制器、功率放大器、主控振荡结构光纤放大器、以及光功率计、光电二极管和示波器。

[0064] 其中，窄线宽激光器：发出光信号，作为种子源；

[0065] 任意波形发生器：实时输出仿真设计的电信号；

[0066] 相位调制器：将任意波形发生器输出的电信号调制到所述的窄线宽激光器发出的光信号上；

[0067] 功率放大器：提高电信号的功率，增大相位调制的调制深度；在功率放大器前后设置带宽匹配的电滤波器以滤除谐波。

[0068] 主控振荡结构光纤放大器：包括光隔离器、光功率预放大器、光环形器、光功率主放大器；

[0069] 光隔离器：隔离反向传输的光信号；

[0070] 光功率预放大器：将种子源输出信号放大到预设的功率范围；在相位调制器和光功率预放大器之间设置光隔离器，防止反向回光信号对光器件造成损坏。

[0071] 光环形器：包括第一光环形器端口、第二光环形器端口和第三光环形器端口；

[0072] 光功率主放大器：对预放大后的信号功率进行更高功率的放大处理；

[0073] 光功率计：监测前向和反向光功率；

[0074] 光电二极管：将光信号转化为电信号；

[0075] 示波器：实时监测输出激光的时域信号。

[0076] 进一步地，在仿真软件Matlab上设计频域信息确定的多频信号，设置幅度阈值，二值化处理后转为0‑1序列，通过任意波形发生器或其他模数转换器产生，作为相位调制器的驱动信号。通过改变二值化多频信号时域和频域的信号包络特征对展宽光谱的波形和带内平坦度进行优化。

[0077] 本发明实施例1还提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，该方法执行步骤包括：

[0078] 步骤S1：将种子源输出指定中心波长的光信号经过相位调制器后，通过外相位调制进行光谱展宽；种子源光谱的展宽通过单级高阶相位调制实现。

[0079] 步骤S2：在仿真软件上设计二值化多频信号，并通过任意波形发生器或其他模数转换器输出，其中，通过调节任意波形发生器的采样率和输出峰峰值调节驱动信号的带宽和幅度；设计二值化多频信号具体包括：

[0080] 步骤S2.1：自定义高频分量的幅度；

[0081] 步骤S2.2：对高频信号进行时域二值化；

[0082] 步骤S2.3：对频域进行数字化截止滤波，以滤除二值化产生的杂波分量。

[0083] 二值化多频信号是由频率间隔为Hz、kHz、MHz或GHz量级，幅度能够调节的正弦信号叠加，并经过二值化处理转化成的0‑1序列。

[0084] 步骤S3：将步骤S2中产生的多频信号经过带宽匹配的电滤波器滤除谐波后，经过功率放大器进行功率放大，再通过电滤波器滤除倍频成分；

[0085] 步骤S4：使用光谱仪观察步骤S1中输出光的光谱形状，进行3dB带宽和带内平坦度的测量与记录；光谱展宽带内平坦度的优化能够通过微调驱动信号的幅度和带宽实现。

[0086] 步骤S5：将步骤S1输出光通过一个光隔离器后，通过一级或多级光功率预放大器；

[0087] 步骤S6：将步骤S5中经过光功率预放大器的种子源信号光接入第一光环形器端口，并从第二光环形器端口引出接入光功率主放大器，将一个光功率计与第三光环形器端口相接，用于测量后向回光功率；

[0088] 步骤S7：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光功率计进行正向激光输出光功率的实时检测；

[0089] 步骤S8：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光电二极管后，经示波器进行正向时域自脉冲的实时检测。

[0090] 实施例2：

[0091] 本发明实施例2提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，主要包括驱动信号的生成、放大及滤波，种子光信号的相位调制展宽以及放大，反向受激布里渊散射的斯托克斯光功率以及正向信号功率的测量，以及自脉冲现象的观测。参照图1所示，该系统组成包括：窄线宽激光器、任意波形发生器、相位调制器、功率放大器、光隔离器、光环形器、光功率预放大器、光功率主放大器以及光功率计、光电二极管和示波器。

[0092] 其中，窄线宽激光器：为窄线宽保偏光纤激光器，用于发出光信号，作为信号载波；

[0093] 任意波形发生器：实时输出电信号；

[0094] 相位调制器：将任意波形发生器输出的电信号调制到所述的窄线宽激光器发出的光信号上；采用的低半波电压的相位调制器的半波电压在工作频率为1GHz附近时仅为2V左右。

[0095] 功率放大器：饱和输出功率为2W，提高电信号的功率，增大相位调制的调制深度；使用高饱和输出功率、高增益的功率放大器对驱动信号进行放大，配合低半波电压的相位调制器生成高阶边带对光谱进行展宽，仅需1GHz内的电信号实现3dB带宽为20GHz的光谱展宽效果。

[0096] 主控振荡结构光纤放大器：包括光隔离器、光功率预放大器、光环形器、光功率主放大器；任意波形发生器：

[0097] 光隔离器：隔离反向传输的光信号；

[0098] 光功率预放大器：将种子源输出信号放大到预设的功率范围；该预设的功率范围能够满足光功率主放大器的正常工作；

[0099] 光环形器：包括第一光环形器端口、第二光环形器端口和第三光环形器端口；

[0100] 主控振荡器的光功率主放大器：对预放大后的信号功率进行更高功率的放大处理；

[0101] 光功率计：监测前向和反向光功率；

[0102] 光电二极管：将光信号转化为电信号；

[0103] 示波器：实时监测输出激光的时域信号。

[0104] 进一步地，在Matlab上设计频域细节确定的多频信号，二值化后通过任意波形发生器产生，作为相位调制器的驱动信号。在功率放大器前后设置带宽匹配的电滤波器以滤除谐波。在主控振荡器功率放大器前引入光环形器实现对反向回光功率和自脉冲现象的观测。在相位调制器和光功率预放大器之间设置光隔离器，防止反向回光信号对光器件造成损坏。通过改变所述多频信号时域和频域特征对展宽光谱细节进行优化。

[0105] 本发明实施例2还提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，该方法包具体步骤括：

[0106] 步骤S1：将种子源输出的中心波长为1075nm、功率为10dBm的窄线宽连续保偏激光，经过保偏相位调制器后，通过一个90：10保偏光耦合器分为两路，进行光谱展宽；种子源光谱的展宽通过单级高阶相位调制实现。

[0107] 步骤S2：在Matlab上设计二值化多频信号，并通过任意波形发生器输出，其中，任意波形发生器的采样率和输出峰峰值可以灵活调节。本实施例中在仿真软件Matlab上设计频域信息确定的多频信号，设置幅度阈值，二值化处理后转为0‑1序列，通过任意波形发生器或其他模数转换器产生，作为相位调制器的驱动信号。

[0108] 步骤S3：将步骤S2中产生的多频信号经过带宽匹配的电滤波器滤除谐波后，经过饱和输出为2W的功率放大器进行功率放大，再通过电滤波器滤除倍频成分。

[0109] 步骤S4：使用光谱仪观察步骤S1中光耦合器的第二路输出光的光谱形状，进行3dB带宽和带内平坦度的测量与记录。通过改变二值化多频信号时域和频域的信号包络特征对展宽光谱的波形和带内平坦度进行优化，本实施例中光谱展宽带内平坦度的优化能够通过微调驱动信号的幅度和带宽实现。

[0110] 步骤S5：将光耦合器输出的第一路光通过一个光隔离器后，通过一级或多级光功率预放大器；

[0111] 步骤S6：将步骤S5中经过光功率预放大器的种子源信号光接入第一光环形器端口，并从第二光环形器端口引出接入主振荡控制功率放大器，将一个光功率计与第三光环形器端口相接，用于测量后向回光功率。

[0112] 步骤S7：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光功率计进行正向激光输出光功率的实时检测；

[0113] 步骤S8：将步骤S6中第二光环形器端口输出信号经光电二极管后，经示波器进行正向时域自脉冲的实时检测。

[0114] 具体地，相位调制器的3dB工作带宽为2GHz，半波电压为1.5V(@1kHz)、2V(@1GHz)，最大承受输入功率为33dBm。二值化多频信号是由频率间隔为1MHz、幅度相等的正弦信号叠加，并经过二值化处理转化成的0‑1序列。任意波形发生器可以实现输出信号峰峰值调节，调节范围在0.5V‑1V，调节精度为0.001V，可以实现光谱细节的优化。

[0115] 接下来，对本发明进行更为具体的说明。

[0116] 参照图2所示，2W功率放大器前后添加相同的电滤波器后的频率响应曲线。信号在通带内的增益在35‑37dB，带内稳定性较好。

[0117] 本实施例中，步骤S2设计二值化多频信号分为三步骤：

[0118] 1)自定义高频分量：首先需要根据目标光谱中的光谱频率间隔以及信号的速率来确定信号周期，而光谱间隔由驱动信号中的最小频率间隔决定。在所有的频率分量中，高频部分对于光谱轮廓的影响较大，因此需要优先从频域对其进行设计。完成第一步设计后的信号时频分布，参照图3所示，此时高频分量从200MHz持续到300MHz，频率间隔为1MHz。

[0119] 2)对高频信号进行时域二值化：二值化是信号设计中的关键环节，完成高频分量的定义后，此时光谱的频率间隔较大，需要添加低频分量使光谱的功率分布更加均匀。二值化的操作正是为信号中添加适当的低频分量。将频域设计好的高频信号通过IFFT变换到时域，根据认为设置的阈值将其变换为0‑1序列。二值化后的信号的时频特性参照图4所示，具体表现为：原本只包含高频分量的频谱中出现了较多的低频分量，且高频分量相对于低频分量来说要大很多。这些低频分量恰好能填光谱频率间隙的部分，提升光谱的平坦度。

[0120] 3)对频域进行截止滤波，以滤除二值化产生的杂波分量：二值化产生的额外高频分量会导致光谱形状的恶化。滤除后的信号时频特性参照图5所示。

[0121] 将图5所示的二值化多频信号经过图2所示的功率放大器和电滤波器后，作为驱动信号进行图1所示的相位调制器中，对种子源进行高阶相位调制展宽。通过不断优化多频信号的频域细节，得到光谱较为平坦的矩形光谱，如图6所示。

[0122] 参照图7所示，为光功率主放大器的正向输出光功率和反向回光功率的增长关系曲线，输出功率达1900W，相比于相同带宽的白噪声源方案，本发明的自脉冲出现时机大大延迟，输出功率也有所提升。

[0123] 变化例：

[0124] 基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，该方法中步骤S1的种子源光谱的展宽通过级联的外相位调制实现。

[0125] 本发明实施例提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法，通过在Matlab软件中设计信号的精细频域细节，实现对信号频率、幅度、相位的控制，从而实现对相位调制后的种子源光谱的调节。其中，信号中的高频分量很大程度上决定展宽后光谱的带宽，低频分量填充频率间隔，使能功率分布更加平稳。在相位调制过程中，驱动信号频率与种子源展宽后的光谱频率不是一一对应的，而是呈现一种非线性关系。在矩形展宽的目标下，本发明能够灵活而简单地对频域中的高频和低频的分布进行灵活调控，并通过二值化提升信号的整体功率，进而生成满足条件的驱动信号。

[0126] 本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

[0127] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。