[发明专利]一种基于光子技术的电/光跳频载波发生器

权利要求书

1.一种基于光子技术的电/光跳频载波发生方法，其特征在于，

该方法基于一种基于光子技术的电/光跳频载波发生器，该发生器包括激光源(1)、第一偏振控制器(2_a)、偏振调制器(3)、数字控制信号(4)、第二偏振控制器(2_b)、光环行器(5)、偏振分束器(6)、第三偏振控制器(2_c)、第一马赫曾德尔调制器(7_a)、第二马赫曾德尔调制器(7_b)、微波调制信号(8_a)、微波调制信号(8_b)、检偏器(9)、光电探测器(10)；其中

激光源(1)输出端与第一偏振控制器(2_a)输入端连接；第一偏振控制器(2_a)输出端与偏振调制器(3)输入端相连，偏振调制器(3)输出端与第二偏振控制器(2_b)输入端连接，三者构成偏振开关结构；第二偏振控制器(2_b)输出端与光环行器(5)的输入端连接；光环行器(5)的第一输出端口(5-1)与偏振分束器(6)的输入端相连接，偏振分束器(6)的第一输出端(6-1)与第一马赫曾德尔调制器(7_a)的输入端相连接，第一马赫曾德尔调制器(7_a)的输出端与第二马赫曾德尔调制器(7_b)的输出端相连接；第二马赫曾德尔调制器(7_b)的输入口与第三偏振控制器(2_c)输入端相连，第三偏振控制器(2_c)输出端与偏振分束器(6)的第二输出端(6-2)连接；由此，偏振分束器(6)、第一马赫曾德尔调制器(7_a)、第二马赫曾德尔调制器(7_b)共同构成萨格纳克环结构；光环行器(5)的第二输出端口(5-2)与检偏器(9)输入端相连，检偏器(9)输出端与光电探测器(10)输入端连接；

偏振调制器(3)受到数字控制信号(4)的驱动；第一马赫曾德尔调制器(7_a)和第二马赫曾德尔调制器(7_b)分别受到第一微波调制信号(8_a)和第二微波调制信号(8_b)的驱动；

所述基于光子技术的电/光跳频载波发生方法具体如下：

激光源(1)输出的线偏振光首先进入偏振开关结构；在偏振开关结构里，第一偏振控制器(2_a)将线偏振光的偏振态旋转45°，使其与偏振调制器(3)的主轴呈45°夹角；光波随后进入偏振调制器(3)；偏振调制器(3)受到数字控制信号(4)的驱动，对光波中的X与Y偏振方向上的光信号进行相反相位调制，并输出至第二偏振控制器(2_b)；第二偏振控制器(2_b)将调制后的光信号的偏振态旋转45°后输出；公式(1)，(2)，(3)分别表示光波在偏振控制器(2_a)、偏振调制器(3)和偏振控制器(2_b)三者的输出端处的光信号表达式：

其中，为激光源(1)输出的线偏振光，ω_c表示线偏振光的频率；和分别表示偏振X轴向和偏振Y轴向；θ表示数字控制信号(4)引入的附加相位，其大小受数字控制信号(4)的幅度所控制；根据公式(3)，当调整θ值时，能够改变偏振X轴向和偏振Y轴向的光波强度和相位，具体如公式(4)所示：

从公式(4)看出，当θ＝0时，光只在偏振Y轴向上输出，相位为0；当时，光只在偏振X轴向上输出，相位为90°；当时，光在偏振X轴向和Y轴向上等幅输出，偏振X轴向的光相位比偏振X轴向的光相位大90°；当时，光在偏振X轴向和Y轴向上等幅输出，偏振X轴向的光相位比偏振X轴向的光相位小90°；用表示偏振X轴向上的光，用表示偏振Y轴向上的光，则公式(4)改写为：

接着，偏振开关结构的输出光信号进入光环形器(5)，然后从光环形器(5)的第一输出端口(5-1)输出，再进入偏振分束器(6)；偏振X轴向的光从偏振分束器(6)的第一端口(6-1)输入萨格纳克环并沿顺时针方向传输，依次经过第一马赫曾德尔调制器(7_a)、第二马赫曾德尔调制器(7_b)和第三偏振控制器(2_c)后，从偏振分束器(6)的第二端口(6-2)输出萨格纳克环；偏振Y轴向的光从偏振分束器(6)的第二端口(6-2)输入萨格纳克环并沿逆时针方向传输，依次经过第三偏振控制器(2_c)、第二马赫曾德尔调制器(7_b)和第一马赫曾德尔调制器(7_a)后，从偏振分束器(6)的第一端口(6-1)输出萨格纳克环；两路输出光合为一路后从光环形器(5)的第一输出端口(5-1)输入，并从光环形器(5)的第二输出端口(5-2)输出；接着便在检偏器(9)处进行偏振合束；

因为马赫曾德尔调制器的速率失配现象，第一马赫曾德尔调制器(7_a)只对沿顺时针方向传输的偏振X轴向的光进行有效调制，第二马赫曾德尔调制器(7_b)只对沿逆时针方向传输的偏振Y轴向的光进行有效调制；第一马赫曾德尔调制器(7_a)和第二马赫曾德尔调制器(7_b)皆工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；根据上述分析，得到检偏器(9)输出端的光信号表达式为：

其中，J_n()为n阶一类贝塞尔函数；m₁和m₂分别表示第一马赫曾德尔调制器(7_a)和第二马赫曾德尔调制器(7_b)的调制指数；ω₁和ω₂和分别表示第一微波调制信号(8_a)和第二微波调制信号(8_b)的频率和相位；

在这里先讨论电跳频载波的产生；通过调节数字控制信号(4)的幅度，使其在比特‘0’时引入的附加相位θ＝0，在比特‘1’时引入的附加相位将第一微波调制信号(8_a)和第二微波调制信号(8_b)设置为幅度相同、相位相同且为零、频率不同，此时m₁和m₂相等，为了简洁表达，用m统一表示m₁和m₂；则m₁＝m₂＝m，结合公式(5)和(6)，检偏器(9)输出端的光信号表达式改写为：

式中用s(t)表示数字控制信号(4)；检偏器(9)输出端的光信号经过光电探测器(10)拍频后，输出电信号i(t)如公式(8)所示：

可见，输出信号为频率在ω₁和ω₂之间跳变的电跳频载波，跳频速率与数字控制信号(4)的比特率一致，跳频载波的两个频率分别为第一微波调制信号(8_a)和第二微波调制信号(8_b)的2倍；跳频速率和跳频载波频率可以灵活且独立的调谐；

接着讨论光跳频载波的产生；通过调节数字控制信号(4)的幅度，使其在比特‘0’时引入附加相位在比特‘1’时引入附加相位将第一微波调制信号(8_a)和第二微波调制信号(8_b)设置为幅度相同、相位相差90°、频率相同，此时m₁和m₂相等，ω₁和ω₂相等，为了简洁表达，用m统一表示m₁和m₂，用ω统一表示ω₁和ω₂；则m₁＝m₂＝m，ω₁＝ω₂＝ω；结合公式(5)和(6)，检偏器(9)输出端的光信号表达式改写为：

可见，输出信号为频率在ω_c+ω和ω_c-ω之间跳变的光跳频载波，跳频速率与数字控制信号(4)的比特率一致，跳频载波的两个频率受到第一微波调制信号(8_a)和第二微波调制信号(8_b)的频率的控制；跳频速率和跳频载波频率可以灵活且独立的调谐。