本發(fā)明涉及微波技術(shù)領(lǐng)域和光通信技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種利用并聯(lián)雙平行馬曾調(diào)制器(DPMZM)和平衡探測器(BD)提高微波光子鏈路動(dòng)態(tài)范圍的裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著通信網(wǎng)容量需求與日俱增，超寬帶、大容量的微波光子通信受到越來越多的關(guān)注。微波光子鏈路作為微波光子通信的重要分支在現(xiàn)代通信領(lǐng)域具有重要作用。光電器件的非線性及系統(tǒng)噪聲嚴(yán)重影響微波光子鏈路的性能；抑制非線性失真，降低系統(tǒng)噪聲，實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的微波光子鏈路是微波光子領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。

在軍事或民用系統(tǒng)中，一般要求微波光子鏈路具有高帶寬、大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏等特點(diǎn)。由于電子器件的速率瓶頸和工藝的局限性，在發(fā)送端或者接收端利用電子器件抑制非線性和系統(tǒng)噪聲具有一定的困難；因此，研究光域中實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)微波光子鏈路具有重要意義。

目前已經(jīng)報(bào)道了許多提高微波光子鏈路動(dòng)態(tài)范圍的方案，如基于雙電極馬曾調(diào)制器和直接探測、基于兩個(gè)串聯(lián)的相位調(diào)制器、基于雙平行馬曾調(diào)制器、基于偏振調(diào)制器等方案；除此之外，也有將薩格奈克環(huán)應(yīng)用到線性優(yōu)化系統(tǒng)中的方案。以上方案在對(duì)系統(tǒng)的三階非線性失真進(jìn)行抑制的同時(shí)，二階非線性顯著增加。目前有少量方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二階非線性和三階非線性的同時(shí)抑制，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，穩(wěn)定度也差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用并聯(lián)DPMZM和BD提高微波光子鏈路動(dòng)態(tài)范圍的裝置及方法，二階、三階非線性失真同時(shí)獲得有效抑制，大幅度提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：所述裝置包括激光源、光分路器、電功分器、并聯(lián)的兩個(gè)DPMZM(DPMZM1和DPMZM2)、直流源、BD。激光源的輸出端口與光分路器相連，光分路器的兩個(gè)輸出端口分別與兩個(gè)DPMZM的光輸入端口相連，射頻信號(hào)與電功分器的輸入端口相連，電功分器的輸出端口分別與兩個(gè)DPMZM的一個(gè)射頻輸入端口相連，兩個(gè)DPMZM的輸出端口分別通過等長的單模光纖傳輸至BD的兩個(gè)輸入端口，兩個(gè)DPMZM的各個(gè)直流偏壓通過直流源調(diào)節(jié)。

上述DPMZM由三個(gè)馬曾調(diào)制器(MZM)構(gòu)成，其中一個(gè)是主調(diào)制器(主MZM)，另外兩個(gè)馬曾調(diào)制器(MZM1、MZM2)作為子調(diào)制器嵌入在主調(diào)制器的兩臂。

上述DPMZM的兩個(gè)子調(diào)制器具有獨(dú)立的射頻輸入端口和直流輸入端口；另一個(gè)主調(diào)制器具有直流輸入端口，可以用來調(diào)節(jié)上下兩個(gè)子調(diào)制器的輸出相位差。

上述BD由兩個(gè)光電探測器(PD)和一個(gè)減法器構(gòu)成。

本發(fā)明在工作時(shí)包括以下步驟：

(1)由激光器輸出光載波經(jīng)過光分路器等分成兩路，一路輸入至DPMZM1，另一路輸入至DPMZM2中；

(2)射頻信號(hào)經(jīng)過電功分器等分為兩路，一路輸入DPMZM1的子調(diào)制器MZM1，另一路輸入DPMZM2的子調(diào)制MZM1；

(3)通過調(diào)節(jié)各直流源，使得DPMZM1、DPMZM2的子調(diào)制器MZM2和主調(diào)制器均工作在最大點(diǎn)，子調(diào)制器MZM1偏置角度分別為209°和-209°；

(4)分別將兩個(gè)DPMZM輸出的上下兩路信號(hào)通過等長的單模光纖傳輸至BD進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到優(yōu)化后的射頻信號(hào)。

本發(fā)明提出了一種新型的提高微波光子鏈路動(dòng)態(tài)范圍的裝置及方法。該方案首先利用單個(gè)DPMZM對(duì)系統(tǒng)的三階交調(diào)失真進(jìn)行抑制，進(jìn)而采用并聯(lián)DPMZM結(jié)構(gòu)，并結(jié)合平衡探測器對(duì)二階交調(diào)失真和系統(tǒng)噪聲進(jìn)行抑制。利用此裝置進(jìn)行射頻信號(hào)的傳輸，可以同時(shí)抑制二階和三階非線性失真，實(shí)現(xiàn)寬帶、大動(dòng)態(tài)范圍的微波光子鏈路。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可應(yīng)用到需要超寬帶、高線性度的微波光子系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用并聯(lián)DPMZM和BD提高微波光子鏈路動(dòng)態(tài)范圍的裝置及方法原理圖；

圖2為圖1中單路輸出的頻譜圖(a)和BD輸出的頻譜圖(b)；

圖3為該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍測試結(jié)果；

圖4為用于對(duì)比的單路動(dòng)態(tài)范圍測試結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例：

如圖1所示，本實(shí)施例中，裝置包括：激光器、光分路器、射頻信號(hào)源、電功分器、并聯(lián)DPMZM、直流源、BD。激光器的輸出端口通過光分路器等分成兩路信號(hào)，分別與兩個(gè)DPMZM的光輸入端口相連；射頻信號(hào)源的輸出端與電功分器的輸入端相連，電功分器的一個(gè)輸出端與DPMZM1的子調(diào)制器MZM1相連，另一路輸出與DPMZM2的子調(diào)制器MZM1相連；兩個(gè)DPMZM的輸出端通過等長的單模光纖與BD的兩個(gè)輸入端口相連；直流源與兩個(gè)DPMZM的直流偏置輸入端口相連。

在本實(shí)例中，方法的具體實(shí)施步驟是：

步驟一、激光器產(chǎn)生波長為1550nm的光載波通過光分路器等分成兩路信號(hào)，兩路信號(hào)分別輸入至半波電壓為3.5V的兩個(gè)DPMZM的光信號(hào)輸入端口；射頻信號(hào)源輸出頻率分別為5GH、5.1GHz的雙音射頻信號(hào)經(jīng)電功分器后分成功率相等的兩路，一路用于驅(qū)動(dòng)上路DPMZM1的子調(diào)制器MZM1，另一路用于驅(qū)動(dòng)下路DPMZM2的子調(diào)制器MZM1。

步驟二、調(diào)節(jié)兩個(gè)DPMZM的直流偏置，使得DPMZM1的子調(diào)制器MZM1偏置在209°，子調(diào)制器MZM2和主調(diào)制器偏置在最大點(diǎn)；使得DPMZM2的子調(diào)制器MZM1偏置在-209°，子調(diào)制器MZM2和主調(diào)制器偏置在最大點(diǎn)。

步驟三、其中一個(gè)DPMZM的輸出端通過單模光纖傳輸至BD的一個(gè)輸入端口，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出頻譜如圖2(a)所示。通過以上步驟，使得輸出信號(hào)中的三階非線性失真得到有效抑制，但可以看到此時(shí)有較大的二階交調(diào)失真。然后將另一個(gè)DPMZM的輸出端接到BD的另一個(gè)輸入端口，輸出頻譜如圖2(b)所示，此時(shí)輸出射頻信號(hào)中二階、三階交調(diào)失真同時(shí)得到有效抑制。

步驟四、改變輸入雙音射頻信號(hào)的功率，同時(shí)記錄輸出的基波信號(hào)、二階交調(diào)失真、三階交調(diào)失真、噪聲的功率大小，從而測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，得到的結(jié)果如圖3所示，可以看到系統(tǒng)二階動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到95.4dB·Hz^1/2，三階動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到122.6dB·Hz^2/3。

步驟五、設(shè)置同樣的參數(shù)，斷開BD的一個(gè)輸入端口，對(duì)單鏈路的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行測試，作為對(duì)照組，測得的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍如圖4所示，三階動(dòng)態(tài)范圍為123.7dB·Hz^2/3，而二階動(dòng)態(tài)范圍只有73.4dB·Hz^1/2。由此可以看出，通過此雙路DPMZM和BD裝置，在三階交調(diào)失真獲得抑制的基礎(chǔ)上，能夠使二階交調(diào)失真也獲得有效抑制，使得微波光子鏈路同時(shí)具有較大的二階和三階動(dòng)態(tài)范圍。

總之，以上所述實(shí)施方案僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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，如更換射頻信號(hào)頻率、帶寬，改變調(diào)制器工作點(diǎn)。這些等同變形和替換以及射頻信號(hào)的調(diào)整也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。