CN102769496A - 产生八倍频光载毫米波的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光通信领域中产生八倍频光载毫米波的装置与方法。装置包括：可调光源、射频信号源、电放大器、马赫-曾德尔调制器、延迟干涉仪。可调光源的输出端与马赫-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马赫-曾德尔调制器的射频驱动端相连，马赫-曾德尔调制器输出端与延迟干涉仪的输入端相连。方法为：合理设置延迟干涉仪的时延，以及马赫-曾德尔调制器的偏置电压与调制深度。本发明配置简单，降低了***的成本和器件带宽要求。

Description

产生八倍频光载毫米波的装置与方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种产生八倍频光载毫米波的装置与方法。

背景技术

近年来，随着移动用户数的急速增加，无线通信业务从话音传送扩展到了数据传输、视频播放等业务，传输带宽已成为制约无线通信发展的关键问题。另一方面，虽然光纤通信技术提供了海量带宽和超高速率，但其移动性却很不够。从未来超大容量超高速通信的需求和发展上来看，结合光纤和无线优势的光纤-无线通信***，将成为一种有效的解决方案。对于光纤-无线通信***，高频率载波能提供高的调制速率，继而可以提高***信道容量。因此，在光纤-无线通信***中，高频率的光载毫米波产生是关键技术之一。近年来，国内外研究人员提出了许多光载毫米波产生方法，包括半导体激光器直接调制、光学四波混频、光学远程外插，光学外部调制等。其中，光学外部调制法能提供更高的调制带宽，产生光载毫米波具有激光噪声干扰小、稳定可靠的优势。

在传统的光学外部调制方式中，一般仅能产生与调制信号频率相等或两倍的光载毫米波。若要产生诸如60GHz~100GHz等更高频率的光载毫米波，则需要更高带宽的调制器件和更高频率的本振信号。而目前已商用化的射频信号源和调制器件很难满足这一要求。因此，若能够基于多倍频的方法利用低频本振信号和低带宽商用调制器件产生出高频率的光载毫米波信号，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，Jianxin Ma等人在Optics Communications,42(2010)：264-268（《光子通信》2010）上发表的64GHz optical millimeter-wave generation by octupling8GHz local oscillator via a nested LiNbO3 modulator（《8GHz本振信号通过嵌套马赫-曾德尔调制器产生64GHz的八倍频光载毫米波》）中提及，通过控制嵌套马赫-曾德尔调制器的偏置电压和正弦本振驱动信号相位从而产生八倍频的光载毫米波。然而，该装置需要通过两个3dB耦合器嵌套两个马赫-曾德尔子调制器来实现，光学器件多，***损耗较大。此外，该装置需要将正弦本振信号分成两路驱动嵌套马赫-曾德尔的两个子调制器，并要精确控制两路正弦本振信号的相位差，整个装置实现起来复杂。

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的八倍频光载毫米波产生装置与方法。本发明采用马赫-曾德尔调制器和延迟干涉仪，基于光学非线性调制和干涉技术，通过合理设置马赫-曾德尔调制器的偏置电压和延迟干涉仪的时延，从而产生8倍于调制信号频率的八倍频光载毫米波，降低了***的成本。

本发明采用以下具体技术方案实现：

本发明提出的八倍频光载毫米波产生装置包括可调光源、射频信号源、电放大器、马赫-曾德尔调制器、延迟干涉仪。可调光源的输出端与马赫-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马赫-曾德尔调制器的射频驱动端相连；马赫-曾德尔调制器输出端与延迟干涉仪的输入端口1相连。

所述延迟干涉仪，由两个3dB耦合器、时延为τ的两个干涉臂组成，包括两个输入端口和两个输出端口。

本发明提出的八倍频光载毫米波产生方法包括以下步骤：

步骤一、可调光源产生频率为fc的连续光波输入马赫-曾德尔调制器进行调制，射频信号源产生频率为fe的正弦本振信号经过电放大器放大后驱动马赫-曾德尔调制器；

步骤二、控制电放大器的放大电压，使得马赫-曾德尔调制器输出光信号的中心载波被抑制，调节马赫-曾德尔调制器的偏置电压为其传输曲线的最高点，使得马赫-曾德尔调制器输出光信号的奇数边带被抑制，则马赫-曾德尔调制器输出包含六个偶数边带的光信号，

其中，所述包含六个偶数边带的光信号由二阶上边带fc+2fe、二阶下边带fc-2fe、四阶上边带fc+4fe、四阶下边带fc-4fe、六阶上边带fc+6fe和六阶下边带fc-6fe组成；

步骤三、将马赫-曾德尔调制器输出的光信号输入延迟干涉仪的输入端口1，并控制延迟干涉仪的两干涉臂时延τ为0.25/fe，使得延迟干涉仪的输出端口4最终输出频率间隔为8fe的八倍频光载毫米波；

其中，所述频率间隔为8fe的八倍频光载毫米波由四阶上边带fc+4fe和四阶下边带fc-4fe组成。

本发明的有益效果是，采用较低频率的调制信号就能够产生8倍于调制信号频率的光载毫米波信号，如，仅需要一个10GHz带宽的马赫-曾德尔调制器和10GHz正弦本振信号即可以产生频率间隔达80GHz的光载毫米波信号，大大降低了光载无线通信***对器件的带宽要求。此外，由于不需要使用电相移器、电分路器等电器件，简化了装置的结构，具有很强的操作性，更易于实际应用。

附图说明

图1为本发明的八倍频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（a）是10GHz正弦驱动信号的时域波形；图2（b）是马赫-曾德尔调制器输出光信号的频谱；图2（c）是八倍频光载毫米波信号经光电探测器后产生的电毫米波信号的时域波形；图2（d）是延迟干涉仪输出的八倍频光载毫米波信号的光谱；图2（e）是八倍频光载毫米波信号经光电探测器后产生的电毫米波信号频谱。

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、马赫-曾德尔调制器、延迟干涉仪。可调光源的输出端与马赫-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马赫-曾德尔调制器的射频驱动端相连；马赫-曾德尔调制器输出端与延迟干涉仪的输入端口1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1552.5nm的连续光波，连续光波输入到半波电压为4V的马赫-曾德尔调制器，射频信号源输出10GHz的正弦本振信号，被电放大器放大后驱动马赫-曾德尔调制器；

步骤二、控制电放大器的放大电压，使经电放大器放大后的正弦本振信号峰-峰值约为14V，并且设置马赫-曾德尔调制器的偏置电压为0V，则马赫-曾德尔调制器输出包含二阶上边带、二阶下边带、四阶上边带、四阶下边带、六阶上边带和六阶下边带的光信号；

步骤三、将马赫-曾德尔调制器输出的光信号输入延迟干涉仪的输入端口1，并调节延迟干涉仪的两干涉臂时延τ为25ps，则延迟干涉仪输出端口4最终输出频率间隔为80GHz、仅包含四阶上边带和四阶下边带的八倍频光载毫米波；

步骤四、上述频率间隔为80GHz的八倍频光载毫米波经过光电探测器后产生80GHz电毫米波。

图2为本实例应用于图1所示的结果。其中，图2（a）是10GHz正弦驱动信号的时域波形，可以看到其周期是100ps；图2（b）是马赫-曾德尔调制器输出光信号的频谱，可以看到其包含六个偶数边带，分别是二阶上边带、二阶下边带、四阶上边带、四阶下边带、六阶上边带和六阶下边带；图2（c）是八倍频光载毫米波信号经光电探测器后产生的电毫米波信号的时域波形，可以看到其周期为12.5ps，与原始10GHz正弦驱动信号的波形一致，没有发生失真；图2（d）是延迟干涉仪输出的八倍频光载毫米波信号的频谱，可以看到其包含四阶上边带和四阶下边带两个偶数边带，频率间隔为80GHz；图2（e）是八倍频光载毫米波信号经光电探测器后产生的电毫米波信号频谱，可以看到80GH频率点的功率比其他频率点功率高约28dB。

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80GHz，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 (2)

1.一种八倍频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、马赫-曾德尔调制器、延迟干涉仪，其特征在于：

所述可调光源的输出端与马赫-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马赫-曾德尔调制器的射频驱动端相连；所述马赫-曾德尔调制器输出端与延迟干涉仪的输入端口1相连；所述延迟干涉仪，由两个3dB耦合器、时延为τ的两个干涉臂组成，包括两个输入端口和两个输出端口。

2.一种八倍频光载毫米波的产生方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一、可调光源产生频率为fc的连续光波输入马赫-曾德尔调制器进行调制，射频信号源产生频率为fe的正弦本振信号经过电放大器放大后驱动马赫-曾德尔调制器；

步骤二、控制电放大器的放大电压，使得马赫-曾德尔调制器输出光信号的中心载波fc被抑制，调节马赫-曾德尔调制器的偏置电压为其传输曲线的最高点，使得马赫-曾德尔调制器输出光信号的奇数边带被抑制，则马赫-曾德尔调制器输出包含六个偶数边带的光信号；

其中，所述包含六个偶数边带的光信号由二阶上边带fc+2fe、二阶下边带fc-2fe、四阶上边带fc+4fe、四阶下边带fc-4fe、六阶上边带fc+6fe和六阶下边带fc-6fe组成；

步骤三、将马赫-曾德尔调制器输出的光信号输入到延迟干涉仪的输入端口1，并控制延迟干涉仪的两干涉臂时延τ为0.25/fe，使得延迟干涉仪的输出端口4最终输出频率间隔为8fe的八倍频光载毫米波；

其中，所述频率间隔为8fe的八倍频光载毫米波由四阶上边带fc+4fe和四阶下边带fc-4fe组成。

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