本發(fā)明涉及信號(hào)調(diào)制，具體地說，涉及基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著數(shù)字時(shí)代的到來，全球的數(shù)據(jù)量正在呈現(xiàn)井噴式爆發(fā)。這種增長(zhǎng)趨勢(shì)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量及傳輸質(zhì)量均提出了更強(qiáng)的需求。因此如果能將無線通信系統(tǒng)的信號(hào)頻段拓寬到毫米波頻段，不僅可以解決頻譜資源緊張的問題，而且可以獲得更快的傳輸速率和更大的傳輸容量。然而，由于其電子設(shè)計(jì)和工藝的限制，在電子領(lǐng)域產(chǎn)生高頻毫米波信號(hào)更加困難。相比之下，光子產(chǎn)生高頻毫米波信號(hào)是一種更好的選擇。

2、光信號(hào)處理相比于電信號(hào)處理，有著許多的優(yōu)點(diǎn)，首先，光信號(hào)處理可以提高數(shù)字信號(hào)的處理速度；其次，光信號(hào)處理可以實(shí)現(xiàn)并行操作；此外，光信號(hào)處理還對(duì)電磁干擾和電氣短路不敏感，正是基于上述優(yōu)點(diǎn)，光信號(hào)處理技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注與研究。目前關(guān)于光子毫米波產(chǎn)生的方案，包括使用光外差法、光電振蕩器、四波混頻、上變頻調(diào)制和外調(diào)制技術(shù)等。在各種調(diào)制方法中，外調(diào)制技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。外部調(diào)制技術(shù)主要使用調(diào)制器來調(diào)制信號(hào)，如相位調(diào)制器(pm)、馬赫-曾德爾調(diào)制器(mzm)、偏振調(diào)制器(polm)等。

3、在過去的研究中，毫米波信號(hào)的產(chǎn)生采用了很多不同的方案，主要是使用馬赫曾德爾調(diào)制器。雖然目前已經(jīng)有各種利用馬赫曾德爾調(diào)制器產(chǎn)生毫米波信號(hào)的方案，但是由于馬赫曾德爾調(diào)制器需要引入直流偏置電壓從而產(chǎn)生偏置漂移的問題，可以轉(zhuǎn)而使用更為簡(jiǎn)便的偏振調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)所需信號(hào)。鑒于此，我們提出了基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題的解決，本發(fā)明的目的在于，提供了基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的方法，首先構(gòu)建用于產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器的系統(tǒng)架構(gòu)，包括依次電連接的連續(xù)波激光器cw、偏振分束器pbs、偏振合束器pbc、偏振片pol及光電探測(cè)器pd，偏振分束器pbs與偏振合束器pbc分別通過被分離為兩個(gè)正交分支的上支路和下支路；上支路由級(jí)聯(lián)在一起的四個(gè)子系統(tǒng)組成，分別表示為子系統(tǒng)a、子系統(tǒng)b、子系統(tǒng)c和子系統(tǒng)d，每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)均包含一個(gè)偏振控制器pc、一個(gè)偏振調(diào)制器polm和一個(gè)偏振片pol；四個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)接入同一個(gè)射頻rf，子系統(tǒng)b、子系統(tǒng)c和子系統(tǒng)d與射頻rf之間均連接有電移相器fps；下支路的偏振光束不需要調(diào)制；

3、利用上述系統(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的過程包括如下步驟：

4、s1、抑制除±(8n)階外的偶數(shù)階光邊帶：連續(xù)波激光器cw發(fā)射的光載波信號(hào)被設(shè)置為π/4的偏振分束器pbs分為上下兩支偏振光束信號(hào)，每個(gè)子系統(tǒng)中偏振控制器pc和偏振片pol的角度都設(shè)置為π/4以抑制奇數(shù)階光學(xué)邊帶；在上支路傳輸?shù)男盘?hào)依次經(jīng)過子系統(tǒng)a、子系統(tǒng)b、子系統(tǒng)c和子系統(tǒng)d，輸出除±(8n)階外的偶數(shù)階光邊帶都被抑制的毫米波信號(hào)；

5、s2、抑制±8階光邊帶：通過設(shè)置合適的調(diào)制指數(shù)滿足使±8階光邊帶的幅度為0的條件來消除±8階光邊帶；

6、s3、抑制0階光載波：使用偏振合束器pbc將從上支路和未調(diào)制的下支路輸出的信號(hào)合并，從偏振合束器pbc輸出的信號(hào)接下來進(jìn)入最后一個(gè)偏振片pol，調(diào)整該偏振片pol的角度，使載波信號(hào)的幅度等于零以消除0階光載波信號(hào)。

7、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述偏振片pol與光電探測(cè)器pd之間連接有光譜儀osa，光電探測(cè)器pd的輸出端連接有電譜儀esa。

8、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中，連續(xù)波激光器cw發(fā)射的光載波信號(hào)被設(shè)置為π/4的偏振分束器pbs分為上下兩支信號(hào)，在上支路傳輸?shù)男盘?hào)首先經(jīng)過子系統(tǒng)a，從子系統(tǒng)a輸出的信號(hào)ea(t)可以表示為：

9、

10、其中，ein(t)是連續(xù)光的輸入光場(chǎng)，還可以被寫為ec和ωc分別為光載波的幅度和角頻率；θ1為偏振控制器的方位角；θ2為偏振片的偏振角；m為偏振調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)，ωm為偏振調(diào)制器的角頻率，j為常規(guī)系數(shù)。

11、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中，為了抑制奇數(shù)階光學(xué)邊帶，每個(gè)子系統(tǒng)中偏振控制器polm和偏振片pol的角度都設(shè)置為π/4；在這種情況下等式(1)可以簡(jiǎn)化為：

12、

13、將等式(2)使用第一類bessel函數(shù)展開得到：

14、

15、其中，jn(·)表示第一類n階bessel函數(shù)；

16、由等式(3)可以看出，輸出信號(hào)只包含0、±2、±4、±6等偶階邊帶；為了消除除±(8n)階外的偶階邊帶，如±2階、±4階、±6階、±10階邊帶等，需要將三個(gè)移相器eps的角度分別設(shè)置為π/4、π/2和3π/4。

17、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中，信號(hào)傳輸?shù)阶酉到y(tǒng)b，從子系統(tǒng)b輸出的信號(hào)eb(t)可以寫成：

18、

19、同理，從子系統(tǒng)c輸出的信號(hào)ec(t)表示為：

20、

21、從子系統(tǒng)d輸出的信號(hào)ed(t)表示為：

22、

23、通過展開、合并、化簡(jiǎn)等式(6)，可以得到等式(7)，表示如下：

24、

25、其中，p、q、r和s分別表示0階、±8階、±16階和±24階光邊帶的幅度；

26、從等式(7)中可以看到，此時(shí)僅存在0階、±8階、±16階和±24階光邊帶，這意味著除±(8n)階外的偶數(shù)階光邊帶都被抑制了；并且從子系統(tǒng)d輸出的信號(hào)就是從上支路輸出的信號(hào)。

27、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中，使用偏振合束器pbc將從上支路和未調(diào)制的下支路輸出的信號(hào)合并，從偏振合束器pbc輸出的信號(hào)epbc(t)可以表示為：

28、

29、其中，elb(t)為下支路的光場(chǎng)。

30、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中，從偏振合束器pbc輸出的信號(hào)接下來進(jìn)入最后一個(gè)偏振片pol，并且輸出的信號(hào)epol(t)為：

31、

32、其中，為最后一個(gè)偏振片pol的偏振角。

33、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中，為了消除0階光載波信號(hào)，需要調(diào)整最后一個(gè)偏振片pol的角度，使載波信號(hào)的幅度等于零；因此可以得到等式(10)：

34、

35、通過計(jì)算，可以得到：

36、

37、因此，根據(jù)等式(11)，可以得出結(jié)論，當(dāng)偏振角度設(shè)置為可以完全消除0階光載波信號(hào)。

38、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中，最終輸出信號(hào)主要包括±16階和±24階光邊帶，其中大于24的諧波可以被忽略；輸出信號(hào)eout(t)可以被寫為：

39、

40、由光電探測(cè)器pd產(chǎn)生的光電流ipd(t)可以表示為：

41、

42、其中，和g分別為光電探測(cè)器的響應(yīng)度和放大增益。

43、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括對(duì)最終輸出信號(hào)的光帶邊和射頻雜散的抑制比計(jì)算，具體為：

44、根據(jù)光邊帶抑制比(optical?sideband?suppression?ratio,ossr)的定義，可以得出：

45、

46、同理，根據(jù)射頻雜散抑制比(radio?frequency?spurious?suppression?ratio,rfssr)的定義，可以得到：

47、

48、式中，r和s分別表示±16階和±24階光邊帶的幅度。

49、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

50、1.該基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的方法中，使用偏振分束器將光載波分離為兩個(gè)正交分支，上支路的偏振光束用作基于偏振調(diào)制器的子系統(tǒng)的輸入信號(hào)，通過四個(gè)級(jí)聯(lián)子系統(tǒng)產(chǎn)生偶數(shù)階光邊帶，下支路的偏振光束不需要調(diào)制并且通過下分支傳輸，用于消除光載波信號(hào)，使用四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器來獲得偶數(shù)階光學(xué)邊帶，并通過電移相器調(diào)整相位差以消除除±(8n)階外的光學(xué)邊帶，因此系統(tǒng)中只含有0階、±8階、±16階等光邊帶，通過設(shè)置調(diào)制指數(shù)和最后一個(gè)偏振片的角度，依次消除±8階和0階光邊帶，從而產(chǎn)生高純度的毫米波信號(hào)，最后在pbc處對(duì)信號(hào)進(jìn)行組合并使其通過偏振片以獲得所需的頻率32倍信號(hào)；

51、2.該基于四個(gè)級(jí)聯(lián)的偏振調(diào)制器產(chǎn)生高純度32倍頻毫米波信號(hào)的方法中，只使用四個(gè)偏振調(diào)制器polm而不使用任何濾波器生成了頻率32倍頻的毫米波；該方案產(chǎn)生的32倍頻毫米波信號(hào)與已有方案相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需成本低，且得到的信號(hào)質(zhì)量也很好；并且相比于基于馬赫曾德爾調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的方案，具有更加簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、更加純凈的頻譜，同時(shí)避免了馬赫曾德爾調(diào)制器過度依賴偏置電壓出現(xiàn)的偏置點(diǎn)漂移的問題。