專利名稱：產(chǎn)生八倍頻光載毫米波的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種產(chǎn)生八倍頻光載毫米波的裝置與方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動用戶數(shù)的急速増加，無線通信業(yè)務(wù)從話音傳送擴展到了數(shù)據(jù)傳輸、視頻播放等業(yè)務(wù)，傳輸帶寬已成為制約無線通信發(fā)展的關(guān)鍵問題。另ー方面，雖然光纖通信技術(shù)提供了海量帶寬和超高速率，但其移動性卻很不夠。從未來超大容量超高速通信的需求和發(fā)展上來看，結(jié)合光纖和無線 優(yōu)勢的光纖-無線通信系統(tǒng)，將成為一種有效的解決方案。對于光纖-無線通信系統(tǒng)，高頻率載波能提供高的調(diào)制速率，繼而可以提高系統(tǒng)信道容量。因此，在光纖-無線通信系統(tǒng)中，高頻率的光載毫米波產(chǎn)生是關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來，國內(nèi)外研究人員提出了許多光載毫米波產(chǎn)生方法，包括半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制、光學(xué)四波混頻、光學(xué)遠程外插，光學(xué)外部調(diào)制等。其中，光學(xué)外部調(diào)制法能提供更高的調(diào)制帶寬，產(chǎn)生光載毫米波具有激光噪聲干擾小、穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的光學(xué)外部調(diào)制方式中，一般僅能產(chǎn)生與調(diào)制信號頻率相等或兩倍的光載毫米波。若要產(chǎn)生諸如60GHZ 100GHZ等更高頻率的光載毫米波，則需要更高帶寬的調(diào)制器件和更高頻率的本振信號。而目前已商用化的射頻信號源和調(diào)制器件很難滿足這ー要求。因此，若能夠基于多倍頻的方法利用低頻本振信號和低帶寬商用調(diào)制器件產(chǎn)生出高頻率的光載毫米波信號，將有效地提高光載毫米波的產(chǎn)生效率，降低系統(tǒng)成本。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Jianxin Ma等人在OpticsCommunications, 42 (2010) :264-268 (《光子通信》2010)上發(fā)表的 64GHz opticalmillimeter—wave generation Dy octup_Ling8GHz local oscillator via a nestedLiNb03 modulator (《8GHz本振信號通過嵌套馬赫-曾德爾調(diào)制器產(chǎn)生64GHz的八倍頻光載毫米波》)中提及，通過控制嵌套馬赫-曾德爾調(diào)制器的偏置電壓和正弦本振驅(qū)動信號相位從而產(chǎn)生八倍頻的光載毫米波。然而，該裝置需要通過兩個3dB耦合器嵌套兩個馬赫-曾德爾子調(diào)制器來實現(xiàn)，光學(xué)器件多，插入損耗較大。此外，該裝置需要將正弦本振信號分成兩路驅(qū)動嵌套馬赫-曾德爾的兩個子調(diào)制器，并要精確控制兩路正弦本振信號的相位差，整個裝置實現(xiàn)起來復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單的八倍頻光載毫米波產(chǎn)生裝置與方法。本發(fā)明采用馬赫-曾德爾調(diào)制器和延遲干涉儀，基于光學(xué)非線性調(diào)制和干渉技木，通過合理設(shè)置馬赫-曾德爾調(diào)制器的偏置電壓和延遲干涉儀的時延，從而產(chǎn)生8倍于調(diào)制信號頻率的八倍頻光載毫米波，降低了系統(tǒng)的成本。本發(fā)明采用以下具體技術(shù)方案實現(xiàn)本發(fā)明提出的八倍頻光載毫米波產(chǎn)生裝置包括可調(diào)光源、射頻信號源、電放大器、馬赫-曾德爾調(diào)制器、延遲干涉儀。可調(diào)光源的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的光輸入端相連；射頻信號源的輸出端與電放大器輸入端相連；電放大器的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的射頻驅(qū)動端相連；馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出端與延遲干渉儀的輸入端ロ I相連。所述延遲干涉儀，由兩個3dB耦合器、時延為τ的兩個干涉臂組成，包括兩個輸入端口和兩個輸出端ロ。本發(fā)明提出的八倍頻光載毫米波產(chǎn)生方法包括以下步驟步驟一、可調(diào)光源產(chǎn)生頻率為fc的連續(xù)光波輸入馬赫-曾德爾調(diào)制器進行調(diào)制，射頻信號源產(chǎn)生頻率為fe的正弦本振信號經(jīng)過電放大器放大后驅(qū)動馬赫-曾德爾調(diào)制器；步驟ニ、控制電放大器的放大電壓，使得馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出光信號的中心 載波被抑制，調(diào)節(jié)馬赫-曾德爾調(diào)制器的偏置電壓為其傳輸曲線的最高點，使得馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出光信號的奇數(shù)邊帶被抑制，則馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出包含六個偶數(shù)邊帶的光信號，其中，所述包含六個偶數(shù)邊帶的光信號由ニ階上邊帶fc+2fe、ニ階下邊帶fc_2fe、四階上邊帶fc+4fe、四階下邊帶fc_4fe、六階上邊帶fc+6fe和六階下邊帶fc_6fe組成；步驟三、將馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出的光信號輸入延遲干涉儀的輸入端ロ 1，并控制延遲干涉儀的兩干涉臂時延τ為O. 25/fe，使得延遲干渉儀的輸出端ロ 4最終輸出頻率間隔為8fe的八倍頻光載暈米波；其中，所述頻率間隔為Sfe的八倍頻光載毫米波由四階上邊帶fc+4fe和四階下邊帶fc_4fe組成。 本發(fā)明的有益效果是，采用較低頻率的調(diào)制信號就能夠產(chǎn)生8倍于調(diào)制信號頻率的光載毫米波信號，如，僅需要一個IOGHz帶寬的馬赫-曾德爾調(diào)制器和IOGHz正弦本振信號即可以產(chǎn)生頻率間隔達80GHz的光載毫米波信號，大大降低了光載無線通信系統(tǒng)對器件的帶寬要求。此外，由于不需要使用電相移器、電分路器等電器件，簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，具有很強的操作性，更易于實際應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明的八倍頻光載毫米波產(chǎn)生原理圖；圖2為本發(fā)明實施例結(jié)果圖；其中，圖2 (a)是IOGHz正弦驅(qū)動イ目號的時域波形；圖2 (b)是馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出光信號的頻譜；圖2 (c)是八倍頻光載毫米波信號經(jīng)光電探測器后產(chǎn)生的電毫米波信號的時域波形；圖2 (d)是延遲干涉儀輸出的八倍頻光載毫米波信號的光譜；圖2 (e)是八倍頻光載毫米波信號經(jīng)光電探測器后產(chǎn)生的電毫米波信號頻譜。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施方式
。如圖I所示，本實施例中，裝置包括可調(diào)光源、射頻信號源、電放大器、馬赫-曾德爾調(diào)制器、延遲干涉儀?？烧{(diào)光源的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的光輸入端相連；射頻信號源的輸出端與電放大器輸入端相連；電放大器的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的射頻驅(qū)動端相連；馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出端與延遲干涉儀的輸入端口I相連。本實例中，方法的具體實施步驟是步驟一、可調(diào)諧光源產(chǎn)生波長為1552. 5nm的連續(xù)光波，連續(xù)光波輸入到半波電壓為4V的馬赫-曾德爾調(diào)制器，射頻信號源輸出IOGHz的正弦本振信號，被電放大器放大后驅(qū)動馬赫-曾德爾調(diào)制器；步驟二、控制電放大器的放大電壓，使經(jīng)電放大器放大后的正弦本振信號峰-峰值約為14V，并且設(shè)置馬赫-曾德爾調(diào)制器的偏置電壓為0V，則馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出包含二階上邊帶、二階下邊帶、四階上邊帶、四階下邊帶、六階上邊帶和六階下邊帶的光信號; 步驟三、將馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出的光信號輸入延遲干涉儀的輸入端口 1，并調(diào)節(jié)延遲干涉儀的兩干涉臂時延T為25ps，則延遲干涉儀輸出端口 4最終輸出頻率間隔為80GHz、僅包含四階上邊帶和四階下邊帶的八倍頻光載毫米波；步驟四、上述頻率間隔為80GHz的八倍頻光載毫米波經(jīng)過光電探測器后產(chǎn)生80GHz電毫米波。圖2為本實例應(yīng)用于圖I所示的結(jié)果。其中，圖2 (a)是IOGHz正弦驅(qū)動信號的時域波形，可以看到其周期是IOOps ;圖2 (b)是馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出光信號的頻譜，可以看到其包含六個偶數(shù)邊帶，分別是二階上邊帶、二階下邊帶、四階上邊帶、四階下邊帶、六階上邊帶和六階下邊帶；圖2 (c)是八倍頻光載毫米波信號經(jīng)光電探測器后產(chǎn)生的電毫米波信號的時域波形，可以看到其周期為12. 5ps，與原始IOGHz正弦驅(qū)動信號的波形一致，沒有發(fā)生失真；圖2 (d)是延遲干涉儀輸出的八倍頻光載毫米波信號的頻譜，可以看到其包含四階上邊帶和四階下邊帶兩個偶數(shù)邊帶，頻率間隔為80GHz ;圖2 (e)是八倍頻光載毫米波信號經(jīng)光電探測器后產(chǎn)生的電毫米波信號頻譜，可以看到80GH頻率點的功率比其他頻率點功率高約28dB?？傊陨纤鰧嵤┓桨竷H為本發(fā)明的較佳實例而已，并非僅用于限定本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)來說，在本發(fā)明公開的內(nèi)容上，還可以做出若干等同變形和替換，毫米波的頻率范圍也不限于80GHz，這些等同變形和替換以及頻率范圍的調(diào)制也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種八倍頻光載毫米波的產(chǎn)生裝置，包括可調(diào)光源、射頻信號源、電放大器、馬赫-曾德爾調(diào)制器、延遲干涉儀，其特征在于 所述可調(diào)光源的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的光輸入端相連；所述射頻信號源的輸出端與電放大器輸入端相連；所述電放大器的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的射頻驅(qū)動端相連；所述馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出端與延遲干涉儀的輸入端口 I相連；所述延遲干涉儀，由兩個3dB耦合器、時延為T的兩個干涉臂組成，包括兩個輸入端口和兩個輸出端口。
2.一種八倍頻光載毫米波的產(chǎn)生方法，其特征在于，包含以下步驟 步驟一、可調(diào)光源產(chǎn)生頻率為fc的連續(xù)光波輸入馬赫-曾德爾調(diào)制器進行調(diào)制，射頻信號源產(chǎn)生頻率為fe的正弦本振信號經(jīng)過電放大器放大后驅(qū)動馬赫-曾德爾調(diào)制器； 步驟二、控制電放大器的放大電壓，使得馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出光信號的中心載波fc被抑制，調(diào)節(jié)馬赫-曾德爾調(diào)制器的偏置電壓為其傳輸曲線的最高點，使得馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出光信號的奇數(shù)邊帶被抑制，則馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出包含六個偶數(shù)邊帶的光信號; 其中，所述包含六個偶數(shù)邊帶的光信號由二階上邊帶fc+2fe、二階下邊帶fc_2fe、四階上邊帶fc+4fe、四階下邊帶fc_4fe、六階上邊帶fc+6fe和六階下邊帶fc_6fe組成； 步驟三、將馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出的光信號輸入到延遲干涉儀的輸入端口 1，并控制延遲干涉儀的兩干涉臂時延T為0.25/fe，使得延遲干涉儀的輸出端口 4最終輸出頻率間隔為8fe的八倍頻光載暈米波； 其中，所述頻率間隔為8fe的八倍頻光載毫米波由四階上邊帶fc+4fe和四階下邊帶fc-4fe 組成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光通信領(lǐng)域中產(chǎn)生八倍頻光載毫米波的裝置與方法。裝置包括可調(diào)光源、射頻信號源、電放大器、馬赫-曾德爾調(diào)制器、延遲干涉儀?？烧{(diào)光源的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的光輸入端相連，射頻信號源的輸出端與電放大器輸入端相連，電放大器的輸出端與馬赫-曾德爾調(diào)制器的射頻驅(qū)動端相連，馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出端與延遲干涉儀的輸入端相連。方法為合理設(shè)置延遲干涉儀的時延，以及馬赫-曾德爾調(diào)制器的偏置電壓與調(diào)制深度。本發(fā)明配置簡單，降低了系統(tǒng)的成本和器件帶寬要求。
文檔編號H04B10/12GK102769496SQ201210265199
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月28日
發(fā)明者劉豐年, 彭生奇, 徐亮, 文鴻, 李長云, 馬革新 申請人:文鴻