专利名称：基于双频光纤激光器的毫米波副载波光发射器的制作方法
技术领域：
本发明属于毫米波副载波光纤通信(ROF )领域， 特别涉及 一 种基于双频光纤激光器的毫米波副载波光 io 发射器。
背景技术：
光纤通信技术以低传输损耗可以提供海量的带宽 和超高的速率，而无线通信可以提供灵活的接入方式，
15结合两者的优势发展更高速率、更高容量的通信技术，
就是最近几年备受人们关注的ROF( Radio OverFib e r )技术，同时，R0F系统还可以用于实现对移动终端、建
巩内、地下等环境的无缝接入，消除各种通信盲区
作为决定整体通信质量的"最后 一 公里"的接入技术
可以也采用ROF系统实现。因此，R0F技术被广泛看好
作为未来本地网中的重要应用技术。其中，用光波传
送ft米波副载波信号技术由于不同基站之间干扰小频带宽以及高频信号的处理和控制集中到中心局从而 简化基站功能、降低基站成本等优点而成为研究热点。
毫米波副载波光纤通信系统中涉及的关键器件与 技术包括低噪声毫米波副载波光信号的产生、毫米波光信号的无色散传输、超高速光调制与解调以及高速 探测接收技术等，其中毫米波光信号发射模块是ROF 系统中最重要的部分，常用三种方案包括外调制法、低频传输和频率转换法、光外差法。外调制法[H. Schmuck，Comparison fo optical mi 11imeter-wavesystem concepts with regard to chromatic dispersion, Electron. Lett., 19 9 5， 31(2 1 ) :1 8 4 8 - 1 8 4 9 ],从激光器输出的光波经过 一个M-Z调制器(MZ I )，携带传输信息的毫米波射频 (RF)信号直接加载到MZI上，这样输出光波形成一个双边带调制的光学信号，在光学接收器上，每个边 带与中心频率发生拍频，产生所需要的毫米波频段的射频信号，这种方法存在色散效应，需要采用单边带 调制、光纤光栅色散补偿和光学相位共轭等方法补偿， 技术比较复杂。频率转化法[Konstant in Kojucharow， 20et al, Millimeter-wave signal properties resulting form e1ectrooptica 1 upconversion . IEEE Trans. Microwave Theroy Technol.， 2 0 0 1， 4
9 (1 O):l 9 7 7-1 9 8 5]，在光纤中传输频率较 低的副载波，然后在基站实现频率的上转换，达到毫 米波波段的高频载波，这种方法由于需要在基站中增 加 一 个频率上转化器和相关的毫米波电路设备，增加 了基站的复杂性和成本。光外差法[U. Gliese, et al， Chromatic dispersion in fiber—optic microwave and
m i11i me t6 r1￡L V 6li■ n k s .IEEE丁r s.MicrowaveTheoryTe c h n o 119 9 6，44(o )7 1 6 -1
724]，是传输两个频率差等于毫米波频率的窄线宽
10 在基站通过外差产生毫米波信号，可以克服光纤的色
散效应，又可以简化基站的结构和成本，是主流技术
方案但由于一般采用两个分半导体激光器，拍频
毫米波信号存在较大的相位噪声这将对系统性能造
成很大影响，所以需要采用辅助光注入锁定技术、光
15 学锁相环技术等进行消除，有较高的技术难度，且使
得成本的提咼o
发明内容
本发明的巨的在于提供-种基于双频光纤激光
20 器的晕米波副载波光发射器可针对外差法毫米波
司l 田'J载光通信的技术要求克服上述技术复杂性，降低
成本同时该光器員有窄线宽低噪声等优点从
源头上解决相位噪声问题，通过同一谐振腔产生的双
频激光白外差产生拍频毫米波，实现低成本毫米波副
载波信号发射
本发明的技术解决方案如下
本发明—种基于双频光纤激光器的毫米波副载波
光发射器，其特征在于，包括:
—泵浦源，用于泵浦有源光纤；
一隔离器，该隔离器的输入端与泵浦源的输出一山 顺
相连接，用于隔离进入泵浦源的光，对泵浦源起到保
护作用
一有源谐振腔，该有源谐振腔输入端与隔离器的
输出端相连接，提供光学增和反馈，产生双纵模激
光
信阜 /K、加载模块，该信息加载模块的输入端与有
源谐振腔的输出一山 顿相连接'，
一单模光纤单模光纤的一山 h 顿与信息加载模块连
接用于传输信号，实现长距离通信
—光电探测器，该光电探测器的输入端与单模光
纤的另一山 顿相连接，用于把光信号转换为电信号；
—放大器，该放大器与光电探测器的输出端相连
接，用于放大光电探测器产生的电信弓
- 发射天线，该发射天线与放大祖 益的输出端相连
接
中所述的有源谐振腔包括依次串接的制作在
通单模光纤上的大宽带光栅、掺杂光纤、制作在保
5偏光纤上的光棚。
其中所述的信息加载模块包括两波分复用器
该两波分复用器为1X2波分复用器，其中波分复用
器的输入丄山 — 顿与另一波分复用器的一输出士山 顺连接在
该两波分复用器的另—山 顺之间串接有电光调制器，
10 用于分配不同波长的光进入不同的通道，并对其中
个通道加载信号
其中所述的电光调制器还连接有信号发生器
用于产生所需要的调制信号，从而实现毫米；波,副〗载'
15本发明的出优点
1、本发明采用的
低噪声的特点，从源头
2、本发明采用同
稳定'白外差后产生拍
20 米波副载波光发射
3本发明的结构
双频光纤激光器，具有窄线宽、 上解决相位噪声问题；
一谐振腔产生的双频激光频差 频毫米波信号，实现低成本毫
简单，稳定性高，易于推广应
为进-步说明本发明的体技术内容，以下结合
实施例及附图详细说明如后，其中
图1为本发明的基于双频光纤激光器的
载波光发射腿 翁的结构示思图
图2为有源谐振腔选频的光谱图
图3为制作在保偏光纤的光栅的反射谱;实〗则图c
10
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进 一 步说明。
请参阅图i所示，本发明一种基于双频光纤激光
明 益的毫米波副载波光发射器，包括
—泵浦源i，用于泵浦有源光纤
15
一隔离器2，该隔离器2的输入端与泵浦源1的
输出上山 顿相连接'用于隔离进入泵浦源的光，对泵浦源
起到保护作用
一有源谐振腔3 ，该有源谐振腔3输入A山 乂而与隔离
器2的输出端相连接，提供光学增益和反馈，产生双
20纵模激光
其中所述的有源谐振腔3包括依次串接的制作
在普通单模光纤上的大宽带光栅3 1、掺杂光纤3 2、 制作在保偏光纤上的光栅33 ;
一信息加载模块4 ，该信息加载模块4的输入端 与有源谐振腔3的输出端相连接；
其中所述的信息加载模块4包括两波分复用器41，该两波分复用器41 -勺1 X 2波分复用器，中波分复用器41的—输入J;山顺与另一波分复用器41的输出端连接，在该两波分复用器4 1的另一丄山 之间串接有一电光调制器43，用于分配不同波长的光进入不同的通道并对其中一个通道加载信号；其中所述的电光调制器43还连接有一信号发生器42用于产生所需要的调制信号，从而实现毫米波副载；单模光纤5单模光纤5的 一 端与信息加载模块4连接，用于传输信号，实现长距离通信；
一光电探测祖 益6该光电探测器6的输入端与单模光纤5的另端相连接，用于把光信号转换为电信号
—放大器7，该放大器7与光电探测器6的输出端相连接，用于放大光电探泖J器产生的电信号；
一发射天线8，该发射天线8与放大器7输出端相连接
请再参阅图1所示本发明 一 种基于双频光纤激
光器的毫米波副载波光发射器，其中泵浦源l产生的
波长为9 8 0 nm的泵浦光先通过隔离器2，目的是防
止反射的9 8 0 nm的光对泵浦源的损害，然后经过制
作在普通单模光纤上的大宽带光栅3 1、掺杂光纤3
2和制作在保偏光纤上的光栅3 3构成的有源谐振
腔，输出为频率，％的光波，它们被波分复用器41
分开，进入不同的通道。其中一个频率通过电光调制
器43和信号发生器4 2加载所需的调制信号。两个
光梓 l口号的电场强度分别可以描述为
￡,(,) = m(/)￡0, exp[)(叫—<!)，)] + c.c. ￡2 (,) = ￡02 exp[乂 (《2, - 0)2)] + c.c.
式中m(0为幅度调制的信号，￡。'，五。1为电场强度的
15 振幅，,A,①'和A分别为双频光波的角频率和初始
相位这两个光波信号经过波分复用器41，通过单
模光纤5传输到基站，在光电探测器6上经外差转化
为毫米波射频信号，其相应的输出电流^)可以描述成
<formula>complex formula see original document page 11</formula>
这里"'表示由光纤色散引入的时延，它对数据徉号
不引入误差。由于信号比较微弱，需要经放大器7放
大，通过发射天线8发射出去，被用户接收。
工作过程中，保偏光纤由于不同偏振态的折射率
差别比较大，所以经紫外光照射而制作在其上面的光
恤 微的反射谱中存在两个峰，图3为制作在保偏光纤的
光恤 棚的反射谱实测图，双峰对应的波长分别为153
3.5 1 7nm，1 5 3 4.1 1 2nm， 整个栅区长度为
1.2 c m o因为制作在普通单模光纤上的光栅的反射峰
10 的线宽要大于制作在保偏光纤的光栅双峰的间距，所
以它反射率较高，不适合作为双频激光器的输出丄山 顺，
应与泵浦源相连。当泵浦光功率达到 一 定值并且辆足
激光振荡条件时，激光从制作在保偏光纤上的光栅—山 顺
输出图2为有源谐振腔选频的光谱图，虚线为制作
15 在普通单模光纤上的光栅的反射谱，粗实线为制作在
保偏光纤上的反射谱，细实线满足有源谐振腔驻波条
件而选择的频率，同时满足光栅布拉格反射条件和谐
振腔驻波要求的A ， ^才会激射出激光。因为双频的激
光是在同 一 谐振腔中产生，所以当外界环境有扰动时，
20 激光的两个频率变化量相同，从而差频后得到的毫米 波频率保持不变。采用这种结构的光纤激光器输出波
长可以覆盖C波段，激光带宽为< 5 0 KHz。
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在制作过程中可以控制双纵模激光的波长和波长 间隔，所以通过外差得到的毫米波的频率可调，用于 满足实际应用中的需要，电光调制器主要调制的是光 强，属于强度调制。
实验中得到了的毫米波频率为7 . 5 GHz ，波长为 4毫米，双纵模激光器的波长分别为1 5 3 3.5 3 6 nm，1 5 3 4.1 2 4nm， 带宽〈5 OKHz。
权利要求
1、一种基于双频光纤激光器的毫米波副载波光发射器，其特征在于，包括一泵浦源，用于泵浦有源光纤；一隔离器，该隔离器的输入端与泵浦源的输出端相连接，用于隔离进入泵浦源的光，对泵浦源起到保护作用；一有源谐振腔，该有源谐振腔输入端与隔离器的输出端相连接，提供光学增益和反馈，产生双纵模激光；一信息加载模块，该信息加载模块的输入端与有源谐振腔的输出端相连接；一单模光纤，单模光纤的一端与信息加载模块连接，用于传输信号，实现长距离通信；一光电探测器，该光电探测器的输入端与单模光纤的另一端相连接，用于把光信号转换为电信号；一放大器，该放大器与光电探测器的输出端相连接，用于放大光电探测器产生的电信号；一发射天线，该发射天线与放大器的输出端相连接。
2、如权利要求1所述的基于双频光纤激光器的毫米波副载波光发射器，其特征在于，其中所述的有源谐振腔包括依次串接的制作在普通单模光纤上的大宽带光恤 微、掺杂光纤、制作在保偏光纤上的光考
3 、如权利要求1所述的基于双频光纤激 毫米波副载波光发射器，其特征在于，其中所息加载模块包括两波分复用器，该两波分复 1 X2波分复用器，其中一波分复用器的一输入—波分复用器的一输出端连接，在该两波分复另 一 端之间串接有 一 电光调制器，用于分配不 的光进入不同的通道，并对其中一个通道加载信号。
4 、如权利要求3所述的基于双频光纤激光器的 毫米波副载波光发射器，其特征在于，其中所述的电光调制器还连接有 一 信号发生器，用于产生所需要的调制信号，从而实现毫米波副载。光器的述的信用器为一山 顿与另用器的同、波长
全文摘要
一种基于双频光纤激光器的毫米波副载波光发射器，包括一泵浦源；一隔离器的输入端与泵浦源的输出端相连接，用于隔离进入泵浦源的光，对泵浦源起到保护作用；一有源谐振腔的输入端与隔离器的输出端相连接，提供光学增益和反馈，产生双纵模激光；一信息加载模块的输入端与有源谐振腔的输出端相连接；一单模光纤的一端与信息加载模块连接，用于传输信号，实现长距离通信；一光电探测器的输入端与单模光纤的另一端相连接，用于把光信号转换为电信号；一放大器与光电探测器的输出端相连接，用于放大光电探测器产生的电信号；一发射天线与放大器的输出端相连接。
文档编号H04B10/155GK101197624SQ20061016488
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月7日 优先权日2006年12月7日
发明者刘育梁, 徐团伟, 芳 李, 王永杰 申请人:中国科学院半导体研究所