利用并联双平行马曾调制器和平衡探测器提高微波光子链路动态范围的装置及方法与流程

本发明涉及微波技术领域和光通信技术领域，主要涉及一种利用并联双平行马曾调制器(DPMZM)和平衡探测器(BD)提高微波光子链路动态范围的装置及方法。

背景技术：

近年来，随着通信网容量需求与日俱增，超宽带、大容量的微波光子通信受到越来越多的关注。微波光子链路作为微波光子通信的重要分支在现代通信领域具有重要作用。光电器件的非线性及系统噪声严重影响微波光子链路的性能；抑制非线性失真，降低系统噪声，实现大动态范围的微波光子链路是微波光子领域的重要研究内容。

在军事或民用系统中，一般要求微波光子链路具有高带宽、大动态范围、高灵敏等特点。由于电子器件的速率瓶颈和工艺的局限性，在发送端或者接收端利用电子器件抑制非线性和系统噪声具有一定的困难；因此，研究光域中实现大动态微波光子链路具有重要意义。

目前已经报道了许多提高微波光子链路动态范围的方案，如基于双电极马曾调制器和直接探测、基于两个串联的相位调制器、基于双平行马曾调制器、基于偏振调制器等方案；除此之外，也有将萨格奈克环应用到线性优化系统中的方案。以上方案在对系统的三阶非线性失真进行抑制的同时，二阶非线性显著增加。目前有少量方案可以实现对二阶非线性和三阶非线性的同时抑制，但结构较为复杂，稳定度也差。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种利用并联DPMZM和BD提高微波光子链路动态范围的装置及方法，二阶、三阶非线性失真同时获得有效抑制，大幅度提高了系统动态范围。

本发明的技术解决方案是：所述装置包括激光源、光分路器、电功分器、并联的两个DPMZM(DPMZM1和DPMZM2)、直流源、BD。激光源的输出端口与光分路器相连，光分路器的两个输出端口分别与两个DPMZM的光输入端口相连，射频信号与电功分器的输入端口相连，电功分器的输出端口分别与两个DPMZM的一个射频输入端口相连，两个DPMZM的输出端口分别通过等长的单模光纤传输至BD的两个输入端口，两个DPMZM的各个直流偏压通过直流源调节。

上述DPMZM由三个马曾调制器(MZM)构成，其中一个是主调制器(主MZM)，另外两个马曾调制器(MZM1、MZM2)作为子调制器嵌入在主调制器的两臂。

上述DPMZM的两个子调制器具有独立的射频输入端口和直流输入端口；另一个主调制器具有直流输入端口，可以用来调节上下两个子调制器的输出相位差。

上述BD由两个光电探测器(PD)和一个减法器构成。

本发明在工作时包括以下步骤：

(1)由激光器输出光载波经过光分路器等分成两路，一路输入至DPMZM1，另一路输入至DPMZM2中；

(2)射频信号经过电功分器等分为两路，一路输入DPMZM1的子调制器MZM1，另一路输入DPMZM2的子调制MZM1；

(3)通过调节各直流源，使得DPMZM1、DPMZM2的子调制器MZM2和主调制器均工作在最大点，子调制器MZM1偏置角度分别为209°和-209°；

(4)分别将两个DPMZM输出的上下两路信号通过等长的单模光纤传输至BD进行光电转换，得到优化后的射频信号。

本发明提出了一种新型的提高微波光子链路动态范围的装置及方法。该方案首先利用单个DPMZM对系统的三阶交调失真进行抑制，进而采用并联DPMZM结构，并结合平衡探测器对二阶交调失真和系统噪声进行抑制。利用此装置进行射频信号的传输，可以同时抑制二阶和三阶非线性失真，实现宽带、大动态范围的微波光子链路。本发明装置结构简单、操作方便，可应用到需要超宽带、高线性度的微波光子系统中。

附图说明

图1为本发明利用并联DPMZM和BD提高微波光子链路动态范围的装置及方法原理图；

图2为图1中单路输出的频谱图(a)和BD输出的频谱图(b)；

图3为该系统动态范围测试结果；

图4为用于对比的单路动态范围测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例：

如图1所示，本实施例中，装置包括：激光器、光分路器、射频信号源、电功分器、并联DPMZM、直流源、BD。激光器的输出端口通过光分路器等分成两路信号，分别与两个DPMZM的光输入端口相连；射频信号源的输出端与电功分器的输入端相连，电功分器的一个输出端与DPMZM1的子调制器MZM1相连，另一路输出与DPMZM2的子调制器MZM1相连；两个DPMZM的输出端通过等长的单模光纤与BD的两个输入端口相连；直流源与两个DPMZM的直流偏置输入端口相连。

在本实例中，方法的具体实施步骤是：

步骤一、激光器产生波长为1550nm的光载波通过光分路器等分成两路信号，两路信号分别输入至半波电压为3.5V的两个DPMZM的光信号输入端口；射频信号源输出频率分别为5GH、5.1GHz的双音射频信号经电功分器后分成功率相等的两路，一路用于驱动上路DPMZM1的子调制器MZM1，另一路用于驱动下路DPMZM2的子调制器MZM1。

步骤二、调节两个DPMZM的直流偏置，使得DPMZM1的子调制器MZM1偏置在209°，子调制器MZM2和主调制器偏置在最大点；使得DPMZM2的子调制器MZM1偏置在-209°，子调制器MZM2和主调制器偏置在最大点。

步骤三、其中一个DPMZM的输出端通过单模光纤传输至BD的一个输入端口，进行光电转换，输出频谱如图2(a)所示。通过以上步骤，使得输出信号中的三阶非线性失真得到有效抑制，但可以看到此时有较大的二阶交调失真。然后将另一个DPMZM的输出端接到BD的另一个输入端口，输出频谱如图2(b)所示，此时输出射频信号中二阶、三阶交调失真同时得到有效抑制。

步骤四、改变输入双音射频信号的功率，同时记录输出的基波信号、二阶交调失真、三阶交调失真、噪声的功率大小，从而测试系统动态范围，得到的结果如图3所示，可以看到系统二阶动态范围达到95.4dB·Hz^1/2，三阶动态范围达到122.6dB·Hz^2/3。

步骤五、设置同样的参数，断开BD的一个输入端口，对单链路的动态范围进行测试，作为对照组，测得的系统动态范围如图4所示，三阶动态范围为123.7dB·Hz^2/3，而二阶动态范围只有73.4dB·Hz^1/2。由此可以看出，通过此双路DPMZM和BD装置，在三阶交调失真获得抑制的基础上，能够使二阶交调失真也获得有效抑制，使得微波光子链路同时具有较大的二阶和三阶动态范围。

总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，如更换射频信号频率、带宽，改变调制器工作点。这些等同变形和替换以及射频信号的调整也应视为本发明的保护范围。