一种基于PDM‑DPMZM调制器产生毫米波的装置的制作方法

本发明属于通信技术和微波技术领域，尤其涉及一种基于PDM-DPMZM调制器产生毫米波的装置。

背景技术：

目前，以计算机和通信网络为标识的信息技术成果将人类社会推进到了信息时代。近年来，互联网业务形式多样化和业务量飞速发展，人们对包括声音、数据、图像和影视等多媒体通信的需求越来越高、越来越迫切，对网络的带宽和移动性方面要求也越来越高。高带宽、低损耗、低成本、易于维护的光纤通信技术逐渐成为高速宽带网络的首选，高灵活性、高移动性的无线通信技术使得通信在任何时候、任何地点成为可能。因此宽带化的光纤通信与高移动性的无线通信相互融合，将是未来宽带无线通信的发展方向。在这种背景下，大容量、高带宽、低损耗、抗电磁干扰、易于维护的光纤通信网成为了很有吸引力的解决高速宽带接入网的方案，另一方面，高灵活性、高移动性的无线通信技术使得通信在任何时候、任何地点成为可能。因此结合了宽带化的光纤通信与高移动性的无线通信，即光载射频通信(ROF)系统，将是未来宽带无线通信的发展方向。目前，由于GSM、CDMA、Wi-Fi、卫星通信等常用无线接入技术的工作波段都集中分布在800MHz、2GHz、2.5GHz和6GHz处，导致10GHz以下频段频谱资源已经非常有限，这已成为移动通信未来发展的瓶颈，再加上现有无线接入技术的数据传输速率最高也只有20Mbps左右，无法达到高速链路接入的需求，所以无线通信系统只能选择更高的频段进行通信。然而，ROF系统中高频毫米波的产生是一个非常关键的问题，传统电域方法很难甚至几乎无法完成非常复杂的极高频毫米波信号的生成，其主要是因为在电域一般使用晶体振荡器通过倍频锁相产生高频毫米波信号，由于电子器件的速率瓶颈和工艺的局限性很难产生高频率、高质量的信号。另外，使用电域方法产生高频毫米波信号对器件有非常高的要求，复杂的加工制作工艺可能会大大降低器件的性能。现有的毫米波产生方案有光外差法，外调制法，基于非线性效应四波混频效应法和受激布里渊散射法。在所有这些研究方法中，基于铌酸锂马赫曾德尔调制器的外调制方案通常被认为是最为可靠和有效的方法。因为在外调制倍频方法中所使用的本振源和调制器等微波器件的频率响应都大大降低，而且在光电探测器中进行拍频的两个光波均来自同一激光源具有非常好的相位相干性。因此，外调制技术成为了产生毫米波信号的首选技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于PDM-DPMZM调制器产生毫米波的装置，旨在解决降低产生高频/极高频信号所需要的设备频率指标，进而降低了系统成本以及产生八倍频过程中射频信号源幅度漂移和直流漂移的问题。

本发明是这样实现的，一种PDM-DPMZM调制器，所述PDM-DPMZM调制器设置有上分支的DPMZM1，下分支的DPMZM2；

所述DPMZM1包括MZM1-a和MZM1-b；

所述DPMZM2包括MZM2-a和MZM2-b；

上分支双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM1的MZM1-a，上分支双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM1的MZM1-b，下分支双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM2的MZM2-a，下分支双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM2的MZM2-b。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述PDM-DPMZM调制器的产生毫米波的装置，所述产生毫米波的装置设置有：光源、射频信号源、偏振控制器、PDM-DPMZM调制器、电分路器、第一移相器、第二移相器、第三移相器、光电探测器；

光源的输出端口经过偏振控制器旋转45度后入射到PDM-DPMZM调制器，光波通过PBS后分成互相垂直的x，y两路，x路光波入射到上分支的DPMZM1，y路光波入射到下分支的DPMZM2；

射频信号源经过电分路器分成功率相同的四路，第一路驱动双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM1的MZM1-a，第二路经过第一移相器移相后驱动双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM1的MZM1-b；第三路经过第二移相器移相后驱动双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM2的MZM2-a，第四路经过第三移相器移相后驱动双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM2的MZM2-b；DPMZM1和DPMZM2的输出经过PBC耦合后，光信号入射到光电探测器，经光电探测器拍频后输出八倍频。

本发明的另一目的在于提供一种所述产生毫米波的装置的产生毫米波的方法，所述产生毫米波的方法包括以下步骤：

步骤一、可调光源产生工作波长λ为1552.5nm的连续光波，连续光波经过起偏器旋转π/4后入射到PDM-DPMZM调制器；射频信号源输出10GHz的本振信号经电分路器后分成功率相等的四路，第一路用于驱动MZM1-a，第二路通过第一移相器移相π/2后驱动MZM1-b；第三路通过第二移相器移相π/4后驱动MZM2-a，第四路通过第三移相器移相-π/4后驱动MZM2-b；

步骤二、DPMZM1的两个子调制器MZM1-a和MZM1-b均偏置在最大传输点，主调制器也偏置在最大传输点；DPMZM2的两个子调制器MZM2-a和MZM2-b均偏置在最大传输点，主调制器也偏置在最大传输点，当调制指数在3.35～4.71之间时，DPMZM1的输出主要包含光载波，正负四阶以及正负八阶边带；DPMZM2的输出主要包含与DPMZM1的输出光波垂直的光载波，正负四阶以及正负八阶边带；

步骤三、DPMZM1和DPMZM2的输出光波经PBC耦合后输出光波为偏振复用的光载波，正负四阶以及正负八阶边带，光信号入射到光电探测器后，经拍频后输出八倍频；

设E_in(t)＝E₀exp(jω_ct)

DPMZM1的输出为：

DPMZM2的输出为：

其中,m＝πV_RF/Vπ，E₀，ω_c为光波的幅度和角频率，v_RF、ω_m为射频信号源的幅度和角频率，V_π为PDM-DPMZM调制器的半波电压。

DPMZM1和DPMZM2的输出光波经PBC耦合后可以表示为：

经PBC耦合后的光信号经PD拍频后可以表示为：

由贝塞尔函数我们可以得到：

将(5)式代入(4)式化简后可以得到：

(6)式显示了输出为八倍频信号。由图2可以看出当调制指数在为3.35时，生成的毫米波信号的射频杂散抑制比可达到58dB；由图3可以看出当调制指数在3.98时，生成的毫米波信号的射频杂散抑制比可达到59dB。由图4可以看出当调制指数在3.35～4.71之间时，射频杂散抑制比几乎保持不变。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述PDM-DPMZM调制器的80GHz毫米波产生装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述PDM-DPMZM调制器的120GHz毫米波产生装置。

本发明提供的基于PDM-DPMZM调制器产生毫米波的装置，利用PDM-DPMZM调制器的非线性特性和偏振复用特性，产生了频率为本振信号频率八倍的光毫米波信号，大大降低了射频本振信号的频率和调制器的响应频率要求，进而降低了系统成本；本发明只需要一个频率为10GHz的射频本振信号，就可以产生80GHz的毫米波信号。本发明不需要特定的调制指数，可以灵活调节射频信号，降低了对射频功率的要求，利用偏振复用相互抵消不需要的频率，可以获得比较纯净的八倍频以及较高的射频杂散抑制比，本方案中射频杂散抑制比可以达到58dB以上，当调制指数在3.35～4.71之间时，得到的八倍频的射频杂散抑制比几乎保持不变，从而很好的解决了射频信号源的幅度漂移问题。本发明不需要直流偏置，很好的解决了直流漂移的问题。同时该结构不需要使用任何滤波器，因此可以应用到WDM系统中。通过仿真，实现了由10GHz的射频本振信号生成80GHz的毫米波信号，获得的毫米波信号的射频杂散抑制比很高。当调制指数在3.35～4.71之间时，生成的毫米射频杂散抑制比可达到58dB以上。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于PDM-DPMZM调制器产生毫米波的装置示意图；

图中：1、光源；2、射频信号源；3、偏振控制器；4、PDM-DPMZM调制器；5、电分路器；6、第一移相器；7、第二移相器；8、第三移相器；9、光电探测器。

图2是本发明实例提供的当调制指数为3.35时，本发明中光毫米波信号通过高速光电探测器后，拍频得到的80G本振信号频频谱图。

图3是本发明实例提供的当调制指数为3.98时，本发明中光毫米波信号通过高速光电探测器后，拍频得到的80G本振信号频频谱图。

图4是射频杂散抑制比(RFSSR)随调制指数m的变化情况。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实例提供的基于PDM-DPMZM调制器产生毫米波的装置包括：光源1、射频信号源2、偏振控制器3、PDM-DPMZM调制器4、电分路器5、第一移相器6、第二移相器7、第三移相器8、光电探测器9。

光源1的输出端口经过偏振控制器3旋转角度为45度后入射到PDM-DPMZM调制器4。光波通过PBS后分成互相垂直的x，y两路，x路光波入射到上分支的DPMZM1，y路光波入射到下分支的DPMZM2。射频信号源2经过电分路器5分成功率相同的四路，第一路驱动上分支双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM1的MZM1-a，第二路经过第一移相器6移相后驱动上分支双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM1的MZM1-b，第三路经过第二移相器7移相后驱动双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM2的MZM2-a，第三路经过第三移相器8移相后驱动双平行马赫-曾德尔调制器DPMZM2的MZM2-b。DPMZM1和DPMZM2的两个子MZM均偏置在最大传输点，主调制器也偏置在最大传输点。当调制指数在3.35～4.71之间时，DPMZM1的输出主要包含光载波，正负四阶以及正负八阶边带；DPMZM2的输出主要包含与DPMZM1的输出光波垂直的光载波，正负四阶以及正负八阶边带；DPMZM1和DPMZM2的输出经PBC耦合后输出光波为偏振复用的光载波，正负四阶以及正负八阶边带，光信号入射到光电探测器后，经过拍频得到八倍频；当调制指数在3.35～4.71之间时，得到的八倍频的射频杂散抑制比几乎保持不变，从而很好的解决了射频信号源的幅度漂移问题。

本发明实例提供的基于PDM-DPMZM调制器产生毫米波的方法包括以下步骤：

步骤一、可调光源产生工作波长λ为1552.5nm的连续光波，连续光波经过起偏器旋转π/4后输入到双偏振DPMZM调制器，射频信号源输出10GHz的本振信号经电分路器后分成功率相等的四路，第一路用于驱动MZM1-a，第二路通过第一移相器移相π/2后驱动MZM1-b；第三路通过第二移相器移相π/4后驱动MZM2-a，第四路通过第三移相器移相-π/4后驱动MZM2-b。

步骤二、DPMZM1的两个子调制器MZM1-a和MZM1-b均偏置在最大传输点，主调制器也偏置在最大传输点；DPMZM2的两个子调制器MZM2-a和MZM2-b均偏置在最大传输点，主调制器也偏置在最大传输点，当调制指数在3.35～4.71之间时，DPMZM1的输出主要包含光载波，正负四阶以及正负八阶边带；DPMZM2的输出主要包含与DPMZM1的输出光波垂直的光载波，正负四阶以及正负八阶边带；

步骤三、DPMZM1和DPMZM2的输出经PBC耦合后输出光波为偏振复用的光载波，正负四阶以及正负八阶边带，光信号入射到光电探测器后，经拍频得到频率为80GHz的毫米波信号。

设E_in(t)＝E₀exp(jω_ct)

DPMZM1的输为：

DPMZM2的输出为：

其中,m＝πV_RF/V_π，E₀，ω_c为光波的幅度和角频率，v_RF、ω_m为射频信号源的幅度和角频率，V_π为PDM-DPMZM调制器的半波电压。

DPMZM1和DPMZM2的输出光波经PBC耦合后可以表示为：

经PBC耦合后的光信号经PD拍频后可以表示为：

由贝塞尔函数我们可以得到：

将(5)式代入(4)式化简后可以得到：

(6)式显示输出为八倍频信号。由图2可以看出当调制指数位3.35时，生成的毫米波信号的射频杂散抑制比可达到58dB；由图3可以看出当调制指数为3.98时，生成的毫米波信号的射频杂散抑制比可达到59dB。由图4可以看出当调制指数在3.35～4.71之间时，射频杂散抑制比(RFSSR)几乎保持不变。本发明由于利用了PDM-DPMZM调制器非线性特性和偏振复用特性，实现了毫米波八倍频信号的产生，降低了毫米波系统中对光电调制器和射频本振的频率要求，且产生的毫米波信号频率纯净度高。该发明使得高频、极高频毫米波信号的产生有了更实际的操作性。在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，毫米波的频率范围不限于80GHz，如果使用15GHz的射频本振，该系统可以产生120GHz的毫米波信号，这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。