CN107947866A - 基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法 - Google Patents

基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法，该发明涉及光通信及微波技术领域。所述方法如附图所示，包括激光源、射频信号源、电移相器、双偏振调制器、偏振控制器、起偏器。本方法利用双偏振调制器可以得到偏振复用的光单边带调制信号，通过调节偏振控制器，可实现光单边带调制信号的载波边带比灵活调节。本发明生成的单边带信号可应用于光载射频通信***中，可以解决信号在远距离传输时光纤色散导致的周期性功率衰落问题，通过选择合适的载波边带比，可以大大提升***的传输性能。此外本发明结构简单，对光载波波长无选择性，具有宽带可调谐性。

Description

基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法
技术领域
本发明涉及光通信领域和微波光子技术领域，具体涉及在光载射频通信中的一种高性能信号调制方式，即载波边带比动态可调的光单边带调制。
背景技术
传统微波技术在处理速度和传输带宽等方面有电子瓶颈，且对高频信号进行长距离传输时具有很大损耗，而传统光纤技术移动性不够，微波光子学是近几十年微波与光子学融合的一门技术，其中微波技术提供低成本可移动无线连接方式，光纤技术提供低损耗、大容量以及抗电磁干扰传输特性，旨在克服传统微波技术和传统光纤技术的不足，大幅度提高微波***工作性能。近年来光载射频通信逐渐成为了社会关注的焦点，虽然该***有诸多优势，但远距离传输时光纤的色散会使经光纤传输的信号周期性功率衰退，影响恢复信号的功率，所以***调制方式已成为影响信号传输性能的关键因素。与其他调制方式相比，光单边带调制可以缓解功率衰减的问题，提高信号传输性能。
鉴于光单边带调制的高传输性能，它获得了持续广泛的研究与关注。传统实现光单边带调制的方法有几种，最简单的一种是单独使用马赫增尔德调制器，上路输入射频信号，下路经移相器输入相差为90°的射频信号，设置直流偏压使调制器工作在正交点，此时调制器的输出就是单边带调制信号；另一种方法是将相位调制器级联马赫增尔德调制器，其中相位调制器用来将光载波产生一系列以射频信号频率为间隔的边带，随后经过马赫增尔德调制器来实现光单边带调制。
在此基础上经研究发现具有合适光载波单边带比的光单边带调制可以显著提高光载无线通信***的传输性能和接收灵敏度。目前出现了一些具有载波边带比可调的单边带调制方案，一些方案是基于光学滤波器的，由于滤波器的抖动以及带宽受限，导致该***不稳定且频率可调性有限，这样的***应用面不是很广；另一种实现载波边带比可调的光单边带调制是结合双驱动马赫增尔德调制器与双偏振正交相移键控，好处是可以通过改变调制器的偏置电压来调节载波边带比，但这种结构需要一个复杂的直流偏压控制器，它限制了载波边带比的调节范围，并使***变得复杂；还有一种是级联两个偏振调制器实现载波边带比可调的光单边带调制，此方案好处是不用直流偏压，且调节偏振控制器可以改变偏振器状态从而调节载波边带比，但是该***需要两个偏振调节器，这使***变得复杂而昂贵。
发明内容
为了克服上述方案射频信号带宽受限、昂贵以及复杂的不足，本发明介绍了一种实现该调制方式的简单方法，基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法，该方法利用双偏振调制器的上路子调制器实现射频信号的单边带调制，下路子调制器实现光载波的输出，输出的光载波经过90°偏振旋转器后，上下两路信号经偏振复用器合并为正交偏振复用的光单边带调制信号，该信号通过偏振控制器进入起偏器转化为线性偏振信号，通过调节偏振控制器可改变输出信号载波边带比。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：所述方法涉及器件包括激光源(LD)、双偏振马赫增尔德调制器(DPol-MZM)、射频信号源、移相器(PS)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)；LD的输出端与DPol-MZM的输入端相连，DPol-MZM的输出端与PC的输入端相连， PC的输出端与Pol的输入端相连。该方法旨在将该调制方式以更简单、宽带、低成本的方法实现，从而发挥出单边带调制的传输性能优势。
所述的DPol-MZM由具有相同结构和性能的子调制器X-MZM和Y-MZM并联组成，子调制器上分别有两个射频输入端口和两个直流偏压控制端口，上路只有X-MZM，下路由 Y-MZM与90°偏振旋转器组成，随后上下路信号在偏振复用器处合并。
本发明在工作时包括以下步骤：
1)LD发出的光载波输入DPol-MZM，信号在DPol-MZM中经光分束器等分为相等的两部分，上路部分输入X-MZM，下路部分输入Y-MZM；
2)射频信号被等分为两部分，一部分加载在子调制器X-MZM的上射频输入端口，另一部分经PS移相后加载在X-MZM的下射频输入端口，Y-MZM无射频信号驱动，两个射频输入端口都空载；
3)设置两个子调制器的直流偏压，使X-MZM和Y-MZM分别工作在正交传输点和最大传输点。X-MZM的输出端的到光单边带调制信号，Y-MZM的输出端得到光载波，经偏振复用器合并为正交偏振复用的光单边带调制信号；
4)DPol-MZM输出的正交偏振复用光单边带调制信号通过PC进入Pol转变成线性偏振信号，通过调节PC可以得到载波边带比动态可调的光单边带调制信号。
本发明提出了一种基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法，该方法利用DPol-MZM产生正交偏振复用光单边带调制信号，该信号通过PC进入Pol转变成线性偏振信号，调节偏振控制器可改变DPol-MZM中偏振复用器一个主轴与起偏器主轴的夹角，改变输出信号中光载波与边带信号功率的相对大小，实现光单边带调制信号载波边带比的灵活调节。
与现有方案相比，本发明的好处有：1.只需简单地调整偏振控制器即可实现对载波边带比的调谐，具有很强的可操作性；2.与以往的光单边带调制方法相比，该方案使用单一的集成调制器，低成本且结构比较简单，很容易实现；3.由于本发明***不需要使用微波光子滤波器，带宽受限不严重，可以实现低频且工作带宽较大。在本实验中射频信号带宽范围为 3GHz-17GHz，载波边带比的可调范围为-35dB到55dB。
附图说明
图1为本发明基于DPol-MZM载波边带比可调的光单边带调制的原理图；
图2为射频信号频率为15GHz时DPol-MZM的输出信号频谱；
图3为射频信号在3GHz-17GHz变化时DPol-MZM的输出信号频谱；
图4(a)为射频信号在15GHz时调节PC得到不同载波边带比的输出信号频谱；
图4(b)为图(a)最大与最小载波边带比对应的输出信号频谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例：如附图1所示，本实施例中包括DPol-MZM、PC、Pol和LD。LD与DPol-MZM的输入端相连，射频信号驱动DPol-MZM的X-MZM，其偏置电压设在正交点，Y-MZM射频输入端口空载，偏置电压设置在最大点，然后Y-MZM后接90°偏振旋转器，上下两路信号经偏振复用器合并为DPol-MZM的输出，随后经PC与Pol的输入端相连。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：激光源产生工作波长为1551.86nm，光功率为12dBm的连续光载波输入到DPol-MZM，记为E(t)＝E0exp(jωct)；
步骤二：射频信号源产生频率为15GHz射频信号，角频率记为ωR，幅度记为VR，射频信号表示为VRsin(ωRt)。将射频信号分为两路，一路输入到X-MZM的上臂射频端口，将另一路经过移相器得到正交的射频信号输入到X-MZM的下臂射频端口，表示为偏置电压设置在正交传输点，X-MZM进行单边带调制，信号Ex(t)为：
Y-MZM偏置电压设置在最大点，射频端口空载，光信号不被调制直接输出，信号Ey(t)为：光载波经过90°偏振旋转器后与上路调制信号合并为正交偏振复用光单边带调制信号，该信号包含光载波以及负一阶光边带，可以表示为下式：
其中Ex(t)和Ey(t)分别为DPol-MZM中X-MZM和Y-MZM的输出，m为DPol-MZM的调制指数，m＝πVR/Vπ，Vπ为DPol-MZM的半波电压，Jn(·)为第一类n阶贝塞尔函数；
步骤三：得到的正交偏振复用的光单边带信号通过PC进入Pol转变成线性偏振信号，Pol的输出信号可以表示为：
其中α为DPol-MZM中偏振复用器一个主轴与Pol主轴之间的夹角，从上式可得出载波边带比公式为：
步骤四：将射频信号频率设置为15GHz，得到的光单边带调制信号频谱如附图2所示，从图中可以看出相比负一阶边带而言，正一阶边带的功率被抑制了约30dB；
步骤五：为了验证单边带调制的宽带调谐性，射频信号频率范围为3GHz-17GHz，得到的光单边带信号频谱如附图3所示；
步骤六：为了体现***的载波边带比连续可调，将射频信号频率设置为15GHz，多次调整 PC可以得到不同载波边带比信号的频谱，如附图4(a)所示，载波边带比的可调范围为-35dB 到55dB，最大抑制比和最小抑制比对应的信号频谱如附图4(b)所示。
综上，本发明利用DPol-MZM、PC、Pol等器件实现了载波边带比动态可调的光单边带调制方法，本方案工作带宽大、结构简单、具有很强的可操作性、成本低、载波边带比可调范围大，且该***不需要微波光子滤波器，克服了已有方案的不足，使其在光载射频通信***中有更广泛地应用。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，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人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干变形和替换，例如将本方案中移相器更改为90°耦合器也可实现载波边带比动态可调的光单边带调制，或者通过调节DPol-MZM中Y-MZM的直流偏压也可调节输出信号的载波边带比，这些等同改变以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。

Claims (3)

1.基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法，所述方法涉及器件包括激光源(LD)、双偏振马赫增尔德调制器(DPol-MZM)、射频信号源、移相器(PS)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)，其特征在于，DPol-MZM的上路子调制器实现射频信号的单边带调制，下路子调制器实现光载波的输出，输出的光载波经90°偏振旋转器后，上下两路信号经偏振复用器合并为正交偏振复用的光单边带调制信号，该信号通过偏振控制器进入起偏器转化为线性偏振信号，通过调节偏振控制器可改变输出信号载波边带比。
所述的DPol-MZM由具有相同结构和性能的子调制器X-MZM和Y-MZM并联组成，子调制器上分别有两个射频输入端口和两个直流偏压控制端口，上路只有X-MZM，下路由Y-MZM与90°偏振旋转器组成，随后上下路信号在偏振复用器处合并。
所述的DPol-MZM的上路子调制器(X-MZM)实现射频信号的光单边带调制，其两路射频信号初始相位差为90°，设置偏置电压使X-MZM工作在正交传输点。
所述的DPol-MZM的下路子调制器(Y-MZM)实现原光载波的输出，其两路射频信号输入端空载，无射频信号驱动，设置偏置电压使Y-MZM工作在最大传输点，光载波信号不被调制直接输出。
所述PC和Pol用于实现正交偏振复用光单边带调制信号向线偏振信号的转化。
2.根据权利要求1所述的基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法，其特征在于，保持子调制器输入参数不变，DPol-MZM可以产生正交偏振复用的光单边带调制信号。
3.根据权利要求1所述的基于双偏振调制器载波边带比动态可调的光单边带调制方法，其特征在于，通过调节PC可以改变DPol-MZM中偏振复用器一个主轴与Pol主轴之间的夹角，改变输出信号中光载波与边带信号功率的相对大小，使载波边带比动态可调。
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