CN102013924B - 产生双倍频单边带光载毫米波的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光通信领域的双倍频单边带光载毫米波的产生装置和方法。装置包括：可调光源、射频信号源、电放大器、电分路器、移相器、嵌套马赫-曾德尔调制器，可调光源的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的光输入端相连，射频信号源的输出端与电放大器输入端相连，电放大器的输出端与电分路器的输入端相连，电分路器的两个输出端口分别连结嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器的射频驱动端口和移相器的输入端口，移相器的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的下臂子调制器的射频驱动端口相连。方法为：调节移相器的相移量，合理设置嵌套马赫-曾德尔调制器的主偏置电压以及上/下臂两个子调制的偏置电压。本发明简化了***的结构、提高了***的可调谐性和扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种产生双倍频单边带光载毫米波的装置和方法。
背景技术
光纤-无线通信技术采用光纤链路来传输无线电信号，将宽带无线通信的可移动、点对多点接入等特性与光纤通信的超带宽、高可靠性有机结合起来，为大容量、低成本的无线电信号有线传输和超过Gbit/s的超宽带无线接入提供了理想的解决方案。对于光纤无线***，产生高品质的光载毫米波是实现***通信的关键技术之一。近年来，国内外研究人员提出了许多光载毫米波产生方案，包括双边带光载毫米波，单边带光载毫米波，载波抑制光载毫米波。其中的单边带光载毫米波由于能有效地克服光纤色散影响，具有明显的技术优势。
不过，在目前的单边带光载毫米波产生方法中，一般仅能产生与调制信号频率相等的单边带光载毫米波。若要产生诸如60GHz、100GHz等更高频率的光载毫米波信号，则需要60GHz甚至100GHz的高速调制器件。由于现有技术的限制，这些器件尚未商用，即便商用化，其***的成本非常昂贵。因此，如果能基于双倍频的方法利用传统的低速率商用调制器件产生出高频率的单边带光载毫米波信号，将有效地提高光载毫米波的产生效率，降低***成本。
经对现有技术的文献检索发现，Jianjun Yu等人在IEEE Photonics Technology Letters，20(7)：478-480(《IEEE光子学技术快报》2008)上发表的ANovel Scheme to Generate Single-SidebandMillimeter-Wave Signals by Using Low-Frequency Local Oscillator Signal(《采用低频率本振信号产生单边带光载毫米波的新型方案》)中提及，首先使用双电极的马赫-曾德尔调制器产生包含中心载波和二阶上/下边带的光学双边带信号，再采用可调谐滤波器滤除其中的一个二阶边带，使得中心载波和另外一个二阶边带通过滤波器，从而产生双倍频的单边带光载波毫米波。然而，该装置采用的光学外部器件较多，导致整个***的***损耗较大。另一方面，由于该装置借助光带通滤波器来滤除其中的一个二阶边带，该光带通滤波器的中心波长以及通带频率的范围必须能根据光载波的中心频率以及调制信号频率的变化进行调节，整个装置的可调谐性较差，尤其不易于扩展至波分复用***。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种结构简单、扩展性强的可调谐双倍频单边带光载毫米波产生装置和方法。本发明采用一个嵌套结构的马赫-曾德尔调制器，基于光信号的线性调制和干涉叠加技术，通过调节移相器的相移量，通过合理设置嵌套马赫-曾德尔调制器的主偏置电压以及上/下臂两个子调制的偏置电压，从而产生2倍于调制信号频率的双倍频单边带光毫米波，降低了***的成本。
本发明采用以下具体技术方案实现：
本发明提出的双倍频单边带光载毫米波产生装置包括可调光源、射频信号源、电放大器、电分路器、移相器、嵌套马赫-曾德尔调制器，其特征在于：所述可调光源的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的光输入端相连；所述射频信号源的输出端与电放大器输入端相连；所述电放大器的输出端与电分路器的输入端相连；所述嵌套马赫-曾德尔调制器由上/下臂两个子调制组成；所述电分路器的两个输出端口分别连结嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器的射频驱动端口和移相器的输入端口；所述移相器的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的下臂子调制器的射频驱动端口相连；
其中，所述的嵌套马赫-曾德尔调制器由集成在单个芯片上的同结构、同性能的上/下臂两个子调制器组成，两个子调制器都有射频驱动端口和偏置端口，嵌套马赫-曾德尔调制器有主偏置端口，用于控制两个子调制器输出光信号的相位差。
本发明提出的双倍频单边带光载毫米波产生方法包括以下步骤：
步骤一、可调光源输出频率为fc的连续光波进入嵌套马赫-曾德尔调制器后被分成上下两路，分别由上/下臂两个子调制器进行调制，射频信号源输出频率为fe的正弦本振信号通过电放大器放大后被电分路器分成等功率的两路信号：第一路正弦本振信号驱动上臂子调制器，第二路正弦本振信号经移相器移相后驱动下臂子调制器；
步骤二、调节嵌套马赫-曾德尔调制器的上/下臂两个子调制器的偏置电压，使得两个子调制器的输出端分别产生重复频率都为2fe的光双边带信号；
其中，所述重复频率为2fe的光双边带信号由中心载波fc、二阶上边带fc+2fe以及二阶下边带fc-2fe三个频率分量组成；
步骤三、调节所述移相器的相移量，使得下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带的相位差为π/2、下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带的相位差为-π/2；
步骤四、调节嵌套马赫-曾德尔调制器的主偏置电压，使得下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带的相位差变为π、下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带的相位差变为0，则在嵌套马赫-曾德尔调制器的输出端：所述相位差为π的二阶上边带相互抵消、所述相差为0的二阶下边带相互叠加，最终产生重复频率为2fe的双倍频单边带光载毫米波；
其中，所述重复频率为2fe的双倍频单边带光载毫米波由中心载波fc、二阶下边带fc-2fe两个频率分量组成。
本发明的有益效果是，不需要借助光学滤波器件来滤除二阶上/下边带即可实现了单边带的双倍频光载波毫米波的产生，减少了光学器件数目，降低了***的***损耗；不需要对光学滤波器的波长和带通频率范围与光源光波的中心波长以及调制信号的频率进行匹配。因此整个装置的可调谐好，具有很强的操作性，更易于实际应用。
附图说明
图1为本发明的双倍频单边带光载毫米波产生原理图
图2为本发明实施例结果图
其中，图2(1)是20GHz正弦驱动信号的时域波形；图2(2)是嵌套马赫-曾德尔调制器输出的双倍频单边带光载毫米波信号的光谱，可以看到其重复频率为40GHz；图2(3)是双倍频单边带光载毫米波信号经探测器光电转换后产生的电毫米波信号的时域波形，可以看到其重复频率为40GHz，与原始20GHz正弦驱动信号的波形一致，没有发生失真；图2(4)是双倍频单边带光载毫米波信号经探测器光电转换后产生的电毫米波信号频谱，可以看到40GH频率点的功率比其他频率点功率大25dB。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例中，装置包括：可调光源、射频信号源、电放大器、电分路器、移相器、嵌套马赫-曾德尔调制器。可调光源、射频信号源、电放大器、电分路器、移相器、嵌套马赫-曾德尔调制器，其特征在于：所述可调光源的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的光输入端相连；所述射频信号源的输出端与电放大器输入端相连；所述电放大器的输出端与电分路器的输入端相连；所述嵌套马赫-曾德尔调制器由上/下臂两个子调制组成；所述电分路器的两个输出端口分别连结嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器的射频驱动端口和移相器的输入端口；所述移相器的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的下臂子调制器的射频驱动端口相连。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一、可调谐光源产生波长为1552nm的连续光波，连续光波输入到嵌套马赫曾德尔调制器，射频信号源输出20GHz的正弦本振信号，用电放大器放大至峰-峰值约为8V；
步骤二、将所述放大后的正弦本振信号通过分路器分成两路，一路输入到嵌套马赫曾德尔调制器的上臂子调制器的射频驱动端口，另外一路通过移相器进行π/4的移相后输入到下臂子调制器的射频驱动端口，嵌套马赫曾德尔调制器的两个子调制器的偏置电压都设置为0V，则上/下臂两个子调制器的输出端分别产生由中心载波和上/下二阶边带组成的光双边带信号，频率间隔为40GHz；
步骤三、通过调节嵌套马赫曾德尔调制器主偏置电压约为2V，使得上/下臂子调制器输出光信号的其中一个二阶边带相互抵消，得到重复频率为40GHz的双倍频单边带光载毫米波；
步骤四、上述重复频率为40GHz的双倍频单边带光载毫米波通过标准单模光纤传输至基站，并经过光电检探测器生成40GHz的电毫米波。
图2为本实例应用于图1所示的结果。其中，图2(1)是20GHz正弦驱动信号的时域波形；图2(2)是嵌套马赫-曾德尔调制器输出的双倍频单边带光载毫米波信号的光谱，可以看到其重复频率为40GHz；图2(3)是双倍频单边带光载毫米波信号经探测器光电转换后产生的电毫米波信号的时域波形，可以看到其重复频率为40GHz，与原始20GHz正弦驱动信号的波形一致，没有发生失真；图2(4)是双倍频单边带光载毫米波信号经探测器光电转换后产生的电毫米波信号频谱，可以看到40GH频率点的功率比其他频率点功率大25dB。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的较佳实例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，毫米波的频率范围也不限于40GHz，这些等同变形和替换以及频率范围的调制也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种双倍频单边带光载毫米波的产生装置，包括可调光源、射频信号源、电放大器、电分路器、移相器、嵌套马赫-曾德尔调制器，其特征在于：
所述可调光源的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的光输入端相连；所述射频信号源的输出端与电放大器输入端相连；所述电放大器的输出端与电分路器的输入端相连；所述嵌套马赫-曾德尔调制器由上/下臂两个子调制器组成；所述电分路器的两个输出端口分别连结嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器的射频驱动端口和移相器的输入端口；所述移相器的输出端与嵌套马赫-曾德尔调制器的下臂子调制器的射频驱动端口相连。
2.如权利要求1所述的双倍频单边带光载毫米波的产生装置，其特征在于：
所述嵌套马赫-曾德尔调制器由集成在单个芯片上的上/下臂两个子调制器组成，这两个子调制器具有相同的结构和性能，每个子调制器都具有独立的射频端口和偏置端口，另外嵌套马赫-曾德尔调制器还有一主偏置端口，用于调节上/下臂子调制器的输出。
3.一种双倍频单边带光载毫米波的产生方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一、可调光源输出频率为fc的连续光波进入嵌套马赫-曾德尔调制器后被分成上下两路，分别由嵌套马赫-曾德尔调制器的上/下臂两个子调制器进行调制，射频信号源输出频率为fe的正弦本振信号通过电放大器放大后被电分路器分成等功率的两路信号：第一路正弦本振信号驱动上臂子调制器，第二路正弦本振信号经移相器移相后驱动下臂子调制器；
步骤二、调节嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器和下臂子调制器的偏置电压，使得两个子调制器的输出端分别产生重复频率都为2fe的光双边带信号；
其中，所述重复频率为2fe的光双边带信号由中心载波fc、二阶上边带fc+2fe以及二阶下边带fc-2fe三个频率分量组成；
步骤三、调节所述移相器的相移量，使得所述下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带的相位差为π/2、所述下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带的相位差为-π/2；
步骤四、调节嵌套马赫-曾德尔调制器的主偏置电压，使得下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶上边带的相位差变为π、下臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带相对于上臂子调制器产生的光双边带信号的二阶下边带相位差变为0，则在嵌套马赫-曾德尔调制器的输出端：所述相位差为π的二阶上边带相互抵消、所述相位差为0的二阶下边带相互叠加，最终产生重复频率为2fe的双倍频单边带光载毫米波；
其中，所述重复频率为2fe的双倍频单边带光载毫米波由中心载波fc、二阶下边带fc-2fe 两个频率分量组成。
4.如权利要求3所述的双倍频单边带光载毫米波的产生方法，其特征在于，所述嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器和下臂子调制器的偏置电压都调节为传输曲线的最高点。
5.如权利要求3所述的双倍频单边带光载毫米波的产生方法，其特征在于，所述移相器的相移量调节为第一路正弦本振信号与第二路正弦本振信号相位相差π/4。
6.如权利要求3所述的双倍频单边带光载毫米波的产生方法，其特征在于，所述嵌套马赫-曾德尔调制器的主偏置电压调节为传输曲线的Vπ/2传输点。
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