专利名称：一种产生微波/毫米波光子4倍频的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种产生微波/毫米波光子4倍频的装置及其方法。
背景技术：
毫米波通信，特别是基于40G/60G的毫米波通信是近些年来ROF系统中一个研究热点，毫米波通信分毫米波波导通信和毫米波无线电通信两大类。毫米波通信的优点是
I、可用频带极宽。毫米波段频带宽度为270吉赫(GHz)，为整个短波波段的一万倍；2、方向性强，保密性好；3、干扰很小，几乎不受大气干扰、宇宙干扰和工业干扰的影响，因而通信稳 定。光学方法产生倍频毫米波信号是现在毫米波通信系统，特别是40G/60G毫米波通信系统中一个至关重要的研究方向，现在已经提出了大量的参考方案用以产生40G/60G的毫米波信号。其中利用马赫-曾德尔强度调制器(MZM)来产生毫米波倍频的方法最受瞩目，因为它拥有着高频谱稳定性，信号高纯度等优势，在这项技术领域方面有着巨大的应用潜力。基于外调制技术主要的研究方向大多结合以下两个方面调制信号格式，主要分为双边带信号(DSB )，单边带信号(SSB )和抑制载波信号(OSC)这三种；工作偏置点，主要有线性点(QB)，光功率最大点(MATB)和光功率最小点(MITB)三个偏置点的研究。基于这些方面考虑而提出的2倍频和4倍频的微波/毫米波信号产生方案均有各自的优点和缺陷。举例来说，基于光功率最小点(MITB)产生40G/60G毫米波信号的技术是基于2倍频信号产生毫米波，该种方法产生信号的效率比较高，无需在系统中引入光滤波器滤除载波，但是要求更高频带的射频信号，因此系统的成本会增加；而基于光功率最大点(MATB)产生40G/60G毫米波信号的方法可以实现信号的4倍频，对射频信号的要求大大降低，但是却必须在系统中引入如光滤波器，滤除光载波，才能实现4倍频，因此系统的复杂度会加大，也不利于在密集波分复用(DWDM)系统中应用。另一方面，双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)的设计和产生使得40G/60G毫米波的产生和传输提供了大大的便利，它的应用非常广泛，在毫米波信号产生这一块，使得整个毫米波信号发生系统结构更加简单和紧密，成本也大大降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种产生微波/毫米波光子4倍频的装置及其方法。产生微波/毫米波光子4倍频的装置包括双平行马赫-曾德尔调制器、光源、微波/毫米波信号源、光放大器、光电探测器；光源、双平行马赫-曾德尔调制器、光放大器、光电探测器通过光纤顺次相连，双平行马赫-曾德尔调制器包括第一马赫-曾德尔调制器，第二马赫-曾德尔调制器和相位调制器，第一马赫-曾德尔调制器的一端与第二马赫-曾德尔调制器的一端相连，第二马赫-曾德尔调制器的另一端与相位调制器的一端相连，相位调制器的另一端与第一马赫-曾德尔调制器的另一端相连，第一马赫-曾德尔调制器上设有第一射频调制口、第一电压偏置口，第二马赫-曾德尔调制器上设有第二射频调制口、第二电压偏置口，相位调制器上设有 相位调制口，第一马赫-曾德尔调制器的第一射频调制口通过微波同轴线与微波/毫米波信号源相连接。产生微波/毫米波光子4倍频的方法光源发出的光通过双平行马赫-曾德尔调制器，调节微波/毫米波信号源产生射频信号，调节第一电压偏置口，使第一马赫-曾德尔调制器工作在光功率最大点；使第二射频调制口接地，让光载波通过，但未经过调制；调节所述相位电压偏置口，使其工作在V ，使得经过所述第二射频调制口调制输出的光谱引入了 n弧度相移，调节所述的第二电压偏置口，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器的输出光功率达到最小值，从而使得上下两路的光载波正好抵消，最终，所述双平行马赫-曾德尔调制器的输出端为抑制载波的偶数阶边带，经过所述光放大器和所述光电探测器后，拍出纯净的4倍频微波/毫米波信号。本发明用了一个双平行马赫-曾德尔调制器，减少了整个系统的成本；避免使用了传统方法中的光滤波器的引入，使得系统的复杂程度大大降低，便于应用到密集波分复用DWDM的系统中；通过调节双平行马赫-曾德尔调制器相位口偏置电压，使得可以动态控制拍频产生的4倍频和2倍频的信号，便于实现多频段信号产生和传输的系统，便于实现多服务的光链路系统；通过调节射频信号的频率值，实现任意4倍频的微波/毫米波信号的产生，特别在当今40G，60G甚至更高频率的毫米波通信中有着十分重要的应用。
图I为产生微波/毫米波光子4倍频的装置结构示意图；图2为微波信号fKF = 3. 5GHz时的频谱图；图3为微波信号fKF = IOGHz时的频谱图；图中双平行马赫-曾德尔调制器I、光源2、微波/毫米波信号发生源3、光放大器4、光电探测器5、第一射频调制口 101、第二射频调制口 201、第一偏置电压调制口 102、第二偏置电压调制口 202和相位偏置电压调制口 301。
具体实施例方式如图I所示，包括双平行马赫-曾德尔调制器I、光源2、微波/毫米波信号源3、光放大器4、光电探测器5 ;光源2、双平行马赫-曾德尔调制器I、光放大器4、光电探测器5通过光纤顺次相连，双平行马赫-曾德尔调制器I包括第一马赫-曾德尔调制器6，第二马赫-曾德尔调制器7和相位调制器8，第一马赫-曾德尔调制器6的一端与第二马赫-曾德尔调制器7的一端相连，第二马赫-曾德尔调制器7的另一端与相位调制器8的一端相连，相位调制器8的另一端与第一马赫-曾德尔调制器6的另一端相连，第一马赫-曾德尔调制器6上设有第一射频调制口 601、第一电压偏置口 602，第二马赫-曾德尔调制器7上设有第二射频调制口 701、第二电压偏置口 702，相位调制器8上设有相位调制口 801，第一马赫-曾德尔调制器6的第一射频调制口 601通过微波同轴线与微波/毫米波信号源3相连接。
产生微波/毫米波光子4倍频的方法光源2发出的光通过双平行马赫-曾德尔调制器1，调节微波/毫米波信号源3产生射频信号，调节第一电压偏置口 602，使第一马赫-曾德尔调制器6工作在光功率最大点；使第二射频调制口 701接地，让光载波通过，但未经过调制；调节所述相位电压偏置口 801，使其工作在Vji，使得经过所述第二射频调制口 701调制输出的光谱引入了弧度相移，调节所述的第二电压偏置口 702，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器I的输出光功率达到最小值，从而使得上下两路的光载波正好抵消，最终，所述双平行马赫-曾德尔调制器I的输出端为抑制载波的偶数阶边带，经过所述光放大器4和所述光电探测器5后，拍出纯净的4倍频微波/毫米波信号。本发明装置的工作原理如下一种产生微波/毫米波光子4倍频的方法如下单波长激光器Laser2经过单个马赫-曾德尔调制器的输出为Eout (t) =E0Cos (0/2) *cos (w 0t) (I)其中，Etl和％分别为输入电场强度和光载波角频率，O为马赫-曾德尔调制器的两臂的相位差。O = (J)DC+ ii VmCos (wEFt) /V,,(2)其中，为单个马赫-曾德尔调制器两条臂引入的固定相移差，Y11为马赫-曾德尔调制器的半波电压，为输入的射频角频率。由所述原理可知，让微波/毫米波信号调制到所述第一射频调制口 101上，调节第一偏置电压102，使得其工作在光功率最大点，使所述双平行马赫-曾德尔调制器I的第二射频调制口 201接地，光载波通过，但未经过调制；则双平行马赫-曾德尔调制器I的输出端信号为Eout(t)=l/2*E0 cos (w0t)* {cos [m cos (w EFt) ] +cos (Vbias)} (3)其中Wkf为调制的射频角频率，《KF=2 *fKF，m为调制系数，m=0/2) (Vm/V J ,Vbias为相位口偏置电压。Ji为第一类贝塞尔函数第i阶项。将其用贝塞尔展开，(3)可以表示为
权利要求
1.一种产生微波/毫米波光子4倍频的装置，其特征在于包括双平行马赫-曾德尔调制器(I)、光源(2)、微波/毫米波信号源(3)、光放大器(4)、光电探测器(5);光源(2)、双平行马赫-曾德尔调制器(I)、光放大器(4)、光电探测器(5)通过光纤顺次相连，双平行马赫-曾德尔调制器(I)包括第一马赫-曾德尔调制器(6)，第二马赫-曾德尔调制器(7)和相位调制器(8)，第一马赫-曾德尔调制器(6)的一端与第二马赫-曾德尔调制器(7)的一端相连，第二马赫-曾德尔调制器(7)的另一端与相位调制器(8)的一端相连，相位调制器(8)的另一端与第一马赫-曾德尔调制器(6)的另一端相连，第一马赫-曾德尔调制器(6)上设有第一射频调制口(601)、第一电压偏置口(602)，第二马赫-曾德尔调制器(7)上设有第二射频调制口(701)、第二电压偏置口(702)，相位调制器(8)上设有相位调制口(801)，第一马赫-曾德尔调制器(6)的第一射频调制口(601)通过微波同轴线与微波/毫米波信号源(3)相连接。
2.一种使用如权利要求I所述装置的产生微波/毫米波光子4倍频的方法，其特征在于光源(2)发出的光通过双平行马赫-曾德尔调制器(1)，调节微波/毫米波信号源(3)产生射频信号，调节第一电压偏置口(602)，使第一马赫-曾德尔调制器(6)工作在光功率最大点；使第二射频调制口(701)接地，让光载波通过，但未经过调制；调节所述相位电压偏置口(801)，使其工作在使得经过所述第二射频调制口(701)调制输出的光谱引入了露弧度相移，调节所述的第二电压偏置口(702)，使得所述双平行马赫-曾德尔调制器(O的输出光功率达到最小值，从而使得上下两路的光载波正好抵消，最终，所述双平行马赫-曾德尔调制器(I)的输出端为抑制载波的偶数阶边带，经过所述光放大器(4)和所述光电探测器(5 )后，拍出纯净的4倍频微波/毫米波信号。
全文摘要
本发明公开了一种产生微波/毫米波光子4倍频的装置及其方法。光源、双平行马赫-曾德尔调制器、光放大器、光电探测器通过光纤顺次相连，双平行马赫-曾德尔调制器包括第一马赫-曾德尔调制器，第二马赫-曾德尔调制器和相位调制器，第一马赫-曾德尔调制器的一端与第二马赫-曾德尔调制器的一端相连，第二马赫-曾德尔调制器的另一端与相位调制器的一端相连，相位调制器的另一端与第一马赫-曾德尔调制器的另一端相连，第一马赫-曾德尔调制器的第一射频调制口通过微波同轴线与微波/毫米波信号源相连接。本发明实现微波/毫米波4倍频的产生，降低了微波/毫米波源的频带要求，避免引入滤波器，更适用于在密集波分复用中应用。
文档编号H04B10/30GK102710335SQ20121014374
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者周锋, 池灏, 章献民, 郑史烈, 金晓峰 申请人:浙江大学