Noise Analysis of a Flat Optical Frequency Comb in O-U Band Based on a Brillouin Laser Cavity

JIN Guanyu; CHEN Yuxian; ZHANG Xucheng; JIA Zhixu; MENG Fanchao; QIN Weiping; QIN Guanshi

doi:10.37188/CJL.20240338

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Noise Analysis of a Flat Optical Frequency Comb in O-U Band Based on a Brillouin Laser Cavity

Luminescence Applications and Interdisciplinary Fields | 更新时间：2026-01-27

- Noise Analysis of a Flat Optical Frequency Comb in O-U Band Based on a Brillouin Laser Cavity
  增强出版
- Chinese Journal of Luminescence Vol. 46, Issue 6, Pages: 1139-1150(2025)
- 作者机构：
  
  吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子全国重点实验室，吉林长春 130012
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(62090063;U24A20305;62075082;U20A20210;61827821;U22A2085;62235014;62205121)
- DOI：10.37188/CJL.20240338
  CLC： TN929.11
- CSTR：32170.14.CJL.20240338
- Received：21 December 2024，
  
  Revised：2025-01-14，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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金冠宇,陈禹先,张绪成等.基于布里渊激光腔的O-U波段平坦光频梳的噪声分析[J].发光学报,2025,46(06):1139-1150.

JIN Guanyu,CHEN Yuxian,ZHANG Xucheng,et al.Noise Analysis of a Flat Optical Frequency Comb in O-U Band Based on a Brillouin Laser Cavity[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(06):1139-1150.
金冠宇,陈禹先,张绪成等.基于布里渊激光腔的O-U波段平坦光频梳的噪声分析[J].发光学报,2025,46(06):1139-1150. DOI： 10.37188/CJL.20240338. CSTR： 32170.14.CJL.20240338.

JIN Guanyu,CHEN Yuxian,ZHANG Xucheng,et al.Noise Analysis of a Flat Optical Frequency Comb in O-U Band Based on a Brillouin Laser Cavity[J].Chinese Journal of Luminescence,2025,46(06):1139-1150. DOI： 10.37188/CJL.20240338. CSTR： 32170.14.CJL.20240338.

摘要

光学频率梳（简称光频梳）作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术（WDM）、空分复用技术结合（SDM），通信系统可以具有百Tbit·s

-1

量级的传输速率，在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。对于一个结合了波分复用技术与空分复用技术的光通信系统，其传输容量取决于波分复用与空分复用的频道数量、系统的调制符号率，以及光源信噪比（SNR）。通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统，可以得到重复频率大、范围可调、光谱覆盖整个O-U波段，且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳。本文计算了该光频梳的各波段梳齿线宽和频率噪声，并基于量子郎之万方程建立了布里渊光学腔滤波模型，以验证其用于光通信的可行性。计算结果表明，该光频梳在O-U波段的梳齿均具有窄线宽，光频梳在大于1 MHz频率处的噪声频率起伏谱密度小于100 Hz·Hz

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，与腔外泵浦微腔光频梳相比，该系统产生的光频梳在MHz波段具有更低的频率噪声，证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统可以产生应用于光通信的O-U波段、低频率噪声、平坦光频梳。

Abstract

Optical frequency comb （OFC） have great potential as an excellent multi-wavelength light source in the field of communications. The communication system can have a transmission rate in the order of a hundred Tbit·s

-1

by combining the OFC light source with wavelength-division-multiplexing （WDM） and space-divi

sion-multiplexing （SDM） technologies， which is of significant application value in 5G/6G communications， Internet of Things， and autonomous driving. For an optical communication system that integrates wavelength division multiplexing and spatial division multiplexing technologies， its transmission capacity depends on the number of channels in both WDM and SDM， the modulation symbol rate of the system， and the signal-to-noise ratio （SNR） of the light source. Through an optical system based on a Brillouin laser cavity with dispersion-engineered highly nonlinear fluorotellurite fiber， we can obtain a flat OFC with a wide range of adjustable repetition frequency， spectral coverage of the entire O-U band， and a standard deviation of the comb intensity of less than 5 dB in the O-U band. This paper calculates the linewidth and frequency noise of the comb teeth across different bands of the optical frequency comb， and establishes a Brillouin optical cavityfiltering model based on the quantum Langevin equation to verify its feasibility for optical communication. The computational results indicate that the optical frequency comb in the O-U band exhibits narrow linewidths for all comb teeth， with the system’s noise low-pass filtering characteristic originating from the stimulated Brillouin cavity， and the noise power spectral density at frequencies above 1 MHz being lower than 100 Hz·Hz

-1/2

. Compared to external-pumped microcavity optical frequency combs， this system generates a comb with lower frequency noise in the MHz range， demonstrating that an optical system based on a Brillouin laser cavity and dispersion-engineered highly nonlinear fluorotellurite fiber can generate a low-frequency noise flat optical frequency comb in the O-U band for optical communication applications.

关键词

Keywords

references

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