[发明专利]产生八倍频光载毫米波的装置与方法

说明书

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-无线通信系统，将成为一种有效的解决方案。对于光纤-无线通信系统，高频率载波能提供高的调制速率，继而可以提高系统信道容量。因此，在光纤-无线通信系统中，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，降低系统成本。

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，插入损耗较大。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，降低了系统的成本。

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。