一种电流注入增益自调节多播光子射频发射机的制作方法

本发明属于信息与通信技术领域，具体涉及一种超高速电流注入增益自调节多播光子射频发射机。

背景技术：

随着信息通信技术(ICT)的高速发展，超大宽带光通信与高速移动接入越来越收到专业人士的重视，光纤技术与移动技术的融合是未来通信的发展方向，光纤通信与移动通信的深度融合变革是未来信息通信发展的必有之路。为此，光子射频信号变换与处理、光载波移频传输、光子射频链路传输技术越来越引起到科研人员的重视。

中国专利201280010805.3披露了用于中红外光谱范围的相干和紧凑的超连续谱光源及其示例性应用。超连续谱产生是基于使用高度非线性光纤或波导。在至少一个实施例中，利用低噪声锁模短脉冲源来增大超连续谱源的相干性。通过使用被动锁模光纤或二极管激光器可构造紧凑的超连续谱光源。利用适当的光学滤波器或频率转换部分可构造波长可调的源。高度相干超连续谱源还有利于相干检测方案并可改进锁定检测方案中信号/噪声比。

该方案功率大、能耗高、误码率较高，不能保证质量。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种电流注入增益自调节多播光子射频发射机及其实现方法，通过电流注入单独实现目标波段激光光谱信息功率增益自动调节功能，进而实现其低功耗、低误码率的通信传输优化。

本发明采用的技术方案如下：一种电流注入增益自调节多播光子射频发射机包括：窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2、光纤耦合器A、CW激光光源、光纤耦合器B、电光MZM调制器、高速N*Gbps数据信号发生器、SOA电流注入增益自动调节控制模块、多波段WDM和光学耦合器C；所述窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2与光纤耦合器A连接，所述光纤耦合器A与光纤耦合器B连接，进行耦合输出；所述CW激光光源与电光MZM调制器连接，所述电光MZM调制器与光纤耦合器B连接；在电光MZM调制器外加装有高速N*Gbps数据信号发生器；所述电流注入增益自动调节控制模块分别与窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2和SOA连接；

通过光纤耦合器B输出的光波信号经SOA放大处理后，通过多波段WDM波分滤波出≧7个频段的光子波信号；所述光子波信号经光学耦合器C耦合输出，经光学耦合器C耦合输出的光信号一部分回传至电流注入增益自动调节控制模块中进行数据调控，另一部分持续输出。

进一步的，所述发射机还包括激光信道功率检测模块、数模转换模块和异步串行分时协议打包数据发送模块，所述光信号在回传至电流注入增益自动调节控制模块的过程中经过激光信道功率检测模块、数模转换模块和异步串行分时协议打包数据发送模块进行激光信道功率检测、计算、ADC转换、帧协议打包及异步串行分时发送，为电流注入增益自动调节控制模块实时提供各新生激光光谱信道增益数值，以便于参考门限值比较判断，进而实施目标信道光波增益自动调节控制。

通过识别传输方式(光纤、无线、混合)，新生激光光谱多信道光耦合功率检测、计算、处理、帧协议打包传送，电流注入增益自动调节控制模块反馈控制两个窄线宽Laser和SOA的输出光功率，降低目标光子载波同频干扰，进而实现目标信道低误码率的通信传输。

进一步的，所述发射机还包括双波段WDM、光电拍频探测器和发射天线，所述光信号的另一部分经过双波段WDM、光电拍频探测器和发射天线进行发射。

更具体的，所述窄线宽Laser-1的中心频率为193.05THz，窄线宽Laser-2的中心频率为193.10THz；所述CW激光光源的中学频率为193.00THz；所述所述光纤耦合器A与光纤耦合器B为1:2光纤耦合器，光学耦合器C为1:9光学耦合器。

进一步的，利用窄线宽Laser-1和窄线宽Laser-2以及携带有高速数据信息的CW激光光载波经非线性光子SOA放大产生多波段激光光谱信息。(提供一种非线性多波段相干激光光谱产生方法)

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光纤拉远传输能为远端的发送设备提供中心频率为193.05THz、193.10THz、193.15THz三种纯净激光光源。(为远端光纤收发设备提供三种纯净激光光源)

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光纤拉远传输能提供中心频率为192.90THz、192.95THz、193.00THz、193.20THz的四种不同光载波信道向远端目标设备传送已调制的高速N*Gbps数据信息。(为通信系统同时提供四种光纤有线传送)

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光电拍频探测转换可以产生携带有高速N*Gbps已调制数据信息的50GHz、100GHz、200GHz、250GHz、300GHz的无线载波信源。(为通信系统同时提供五种毫米波段微波无线传输的多播光子射频通信方式)

进一步的，高速N*Gbps数据信息作为193THz光载波的调制信号，通过光纤拉远到远端设备的过程中，可以同时实现192.9THz、192.95THz、193.2THz光载波的高速N*Gbps数据光移频传输。

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光电拍频探测转换可以产生携带有高速N*Gbps已调制数据信息的50GHz无线载波信源，此50GHz的无线载波信源在该光子射频发射机中有三种实现方式。

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光电拍频探测转换可以产生携带有高速N*Gbps已调制数据信息的100GHz无线载波信源，此100GHz的无线载波信源在该光子射频发射机中有三种实现方式。

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光电拍频探测转换可以产生携带有高速N*Gbps已调制数据信息的200GHz无线载波信源，此200GHz的无线载波信源在该光子射频发射机中有四种实现方式。

进一步的，利用该新生激光光谱信息通过波分复用及光电拍频探测转换可以产生携带有高速N*Gbps已调制数据信息的250GHz无线载波信源，此250GHz的无线载波信源在该光子射频发射机中有三种实现方式。

为强抗干扰军工专用多播通信、未来民用室内室外分布系统、超高速无线局域网、新型相邻基站之间高速光子射频互联互通提供一种解决方案。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为多播光子射频发射机方案架构图；

图2为多播光子射频发射机光谱输出原理框图；

图3为193.15THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出50GHz微波信号原理框图；

图4为193.10THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出100GHz微波信号原理框图；

图5为193.00THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图；

图6为192.95THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出250GHz微波信号原理框图；

图7为192.90THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出300GHz微波信号原理框图；

图8为192.95THz与192.90THz光谱信号拍频转换输出50GHz微波信号原理框图；

图9为192.90THz与193.00THz光谱信号拍频转换输出100GHz微波信号原理框图；

图10为192.90THz与193.10THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图；

图11为192.90THz与193.15THz光谱信号拍频转换输出250GHz微波信号原理框图；

图12为192.95THz与193.00THz光谱信号拍频转换输出50GHz微波信号原理框图；

图13为192.95THz与193.05THz光谱信号拍频转换输出100GHz微波信号原理框图；

图14为192.95THz与193.15THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图；

图15为192.95THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出250GHz微波信号原理框图；

图16为193.00THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图；

图17为各激光信道光功率增益自动调节控制流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，一种电流注入增益自调节多播光子射频发射机包括：窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2、光纤耦合器A、CW激光光源、光纤耦合器B、电光MZM调制器、高速N*Gbps数据信号发生器、SOA电流注入增益自动调节控制模块、多波段WDM和光学耦合器C201；所述窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2与光纤耦合器A连接，所述光纤耦合器A与光纤耦合器B连接，进行耦合输出；所述CW激光光源与电光MZM调制器连接，

所述电光MZM调制器与光纤耦合器B连接；在电光MZM调制器外加装有高速N*Gbps数据信号发生器；所述电流注入增益自动调节控制模块分别与窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2和SOA连接；

通过光纤耦合器B输出的光波信号经SOA放大处理后，通过多波段WDM波分滤波出≧7个频段的光子波信号；所述光子波信号经光学耦合器C201耦合输出，经光学耦合器C201耦合输出的光信号一部分回传至电流注入增益自动调节控制模块中进行数据调控，另一部分持续输出。

所述发射机还包括激光信道功率检测模块、数模转换模块和异步串行分时协议打包数据发送模块，所述光信号在回传至电流注入增益自动调节控制模块的过程中经过激光信道功率检测模块、数模转换模块和异步串行分时协议打包数据发送模块进行激光信道功率检测、计算、ADC转换、帧协议打包及异步串行分时发送，为电流注入增益自动调节控制模块实时提供各新生激光光谱信道增益数值，以便于参考门限值比较判断，进而实施目标信道光波增益自动调节控制。

其工作原理如下：

中心频率为193.05THz的窄线宽Laser-1与中心频率为193.10THz的窄线宽Laser-2通过一个2:1光纤耦合器耦合A，其输出的光波信号与另一光载波信号通过第二个2:1光纤耦合器耦合B，而该另一光载波信号是经MZM光电调制器被吉比特高速数据(N*Gpbs)调制的中心频率为193.00THz的连续激光管光波(CW激光光源)输出。第二个2:1光纤耦合器B输出的光波信号通过半导体光纤(SOA)非线性放大器放大处理后，再经过多波段WDM波分滤波出192.90THz、192.95THz、193.00THz、193.05THz、193.10THz、193.15THz、193.20THz频段的光子波信号，其中192.90THz、192.95THz、193.00THz、193.20THz频段的光子波上携带有相同的吉比特超高速数据信息。

接下来，所有光子波信号各自通过光功率分配比为1:9光学耦合器C201耦合出10％进行激光信道功率检测、计算、ADC转换、帧协议打包及异步串行分时发送，为电流注入增益自动调节控制模块实时提供各新生激光光谱信道增益数值。以便于参考门限值比较判断，进而实施目标信道光波增益自动调节控制。发射机功能模块再按照图17所示的各激光信道光功率增益自动调节控制流程图对发射机输出的各个目标激光信道实施增益自动调节控制。

如图17所示，电流注入增益自动调节控制模块根据各激光信道光功率增益自动调节控制流程图。

一、程序开始后，首先对超高速信息传输载体类型进行判断，判断多播光子射频发射机输出的信号是经过光纤有线传输、微波无线传输还是混合这两种介质作为载体传输；

二、接着进行信道耦合光功率检测及ADC转换、各信道光功率计算及帧协议打包传送、电流注入增益自动调节控制模块接收、各信道光功率与对应值比较判断、各个激光信道光功率值与相应值比较是否一致，如果不一致，则调整窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2、SOA注入电流，然后重新进行重新流程检测、调制、判断，直到各个激光信道光功率值与相应值一致为止。

在此，需要说明的是：

(1)如果只有光纤作为所有信号同时传输的介质，那么光子射频信号在光纤中传输受到外界干扰较小，按照“器件及模块关键参数设计”即可，这样就能保证信号光纤传输的误码率有比较好的优化；

(2)如果光纤和无线微波混合作为所有信号同时传输的介质，可以按照“器件及模块关键参数设计”即可；

(3)如果只有无线微波作为所有信号同时传输的介质，那么信号传输受到外界干扰较大，要在“器件及模块关键参数设计”基础上，调整相应的窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2和SOA的注入电流，尤其相对降低中心频率为193.10THz的激光光功率2～3dB(即相应较少Laser-2的注入电流)，以此减少SOA非线性输出的193.00THz、193.20THz中心频率的光波对其他信号光电拍频探测时产生干扰(因为新生的2x193.05-193.10＝193.00中心频率的光波正好落在了已调制的超高速CW-激光光波上、新生的2x193.15-193.10＝193.20THz中心频率的光波正好落在了携带有吉比特超高速数据信息的中心频率为193.20THz的光载波上)，这样就能保证信号光纤传输的误码率有比较好的优化；

(4)如果只使用其中某个信道光波，可以通过确定该信道光波与窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2及CW激光的关系，即是否是它们三者中的一个或是由它们三者中的两个两两非线性光学放大而产生的新生光子波，然后通过调整窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2或SOA注入电流，进而来提高所用的目标光子波功率，从而来提高信号传输性能、降低误码率。

总之，通过调整窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2或SOA注入电流，来减少由于SOA非线性光学放大效应而产生的新生光子射频波对与之相同波段光子信号的干扰、提高目标光波信号的强度、降低其传输误码率是本发明提出的一个重要设计理念及方法。

如图2所示，多播光子射频发射机光谱输出原理框图。中心波长分别为193.05THz和193.10THz的窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2激光光波经过SOA非线性光子放大，产生上边带为：2x193.10-193.05＝193.15THz中心频率的纯净激光光波，此时新生的中心波段为193.15THz激光光波与窄线宽Laser-1、窄线宽Laser-2激光光波的相位相干，即与它们的相位具有相干性。

携带有吉比特高速数据的中心频率为193.00THz的光载波信号与窄线宽Laser-2激光光波经SOA非线性光子放大，产生下边带为：2x193.00-193.10＝192.90THz中心频段的并携带有上述吉比特高速数据的光载波信号，此时新生的该光子载波与中心频段为193.00THz激光光波、窄线宽Laser-2激光光波的相位相干，即与他们的相位具有相干性。

携带有吉比特高速数据的中心频率为193.00THz的光载波信号与窄线宽Laser-1激光光波经SOA非线性光子放大，产生下边带为：2x193.00-193.05＝192.95THz中心频段的并携带有上述吉比特高速数据的光载波信号，此时新生的该光子载波与中心频段为193.00THz激光光波、窄线宽Laser-1激光光波的相位相干，即与他们的相位具有相干性。

携带有吉比特高速数据的中心频率为193.00THz的光载波信号与Laser-2激光光波经SOA非线性光子放大，产生上边带为：2x193.10-193.00＝193.20THz中心频段的并携带有上述吉比特高速数据的光载波信号，此时新生的该光子载波与中心频段为193.00THz激光光波、窄线宽Laser-2激光光波的相位相干，即与他们的相位具有相干性。

基于两两相干性原则及上述的激光光波相干性，进而从多波段WDM输出的多波段光子波中可以得到：193.15THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干、193.10THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干、193.00THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干、192.95THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干、192.90THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干、192.95THz与192.90THz中心频段激光光波相位相干、192.90THz与193.00THz中心频段激光光波相位相干、192.90THz与193.10THz中心频段激光光波相位相干、192.90THz与193.15THz中心频段激光光波相位相干、192.95THz与193.00THz中心频段激光光波相位相干、192.90THz与193.05THz中心频段激光光波相位相干、192.95THz与193.15THz中心频段激光光波相位相干、192.95THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干、193.00THz与193.20THz中心频段激光光波相位相干。

所述发射机还包括双波段WDM、光电拍频探测器和发射天线，所述光信号的另一部分经过双波段WDM、光电拍频探测器和发射天线进行发射。为得到超高速调制的无线微波信号源，接下来这些相位相干的激光光波信号实施如图3～图16所示的光电拍频探测、滤波、放大处理、天线发射处理。

如图3所示，193.15THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出50GHz微波信号原理框图。中心频率为193.15THz激光光波与中心频率为193.20THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-193.15＝50GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图4所示，193.10THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出100GHz微波信号原理框图。中心频率为193.10THz激光光波与中心频率为193.20THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-193.10＝100GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图5所示，193.00THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图。中心频率为193.00THz与193.20THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-193.00＝200GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图6所示，192.95THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出250GHz微波信号原理框图。中心频率为192.95THz与193.20THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-192.95＝250GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图7所示，192.90THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出300GHz微波信号原理框图。中心频率为192.90THz与193.20THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-192.90＝300GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图8所示，192.95THz与192.90THz光谱信号拍频转换输出50GHz微波信号原理框图。中心频率为192.95THz与192.90THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为192.95-192.90＝50GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图9所示，192.90THz与193.00THz光谱信号拍频转换输出100GHz微波信号原理框图。中心频率为192.90THz与193.00THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.00-192.90＝100GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图10所示，192.90THz与193.10THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图。中心频率为193.10THz激光光波与中心频率为192.90THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.10-192.90＝200GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图11所示，192.90THz与193.15THz光谱信号拍频转换输出250GHz微波信号原理框图。中心频率为193.15THz激光光波与中心频率为192.90THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.15-192.90＝250GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图12所示，192.95THz与193.00THz光谱信号拍频转换输出50GHz微波信号原理框图。中心频率为193.00THz与192.95THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.00-192.95＝50GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图13所示，192.95THz与193.05THz光谱信号拍频转换输出100GHz微波信号原理框图。中心频率为193.05THz激光光波与中心频率为192.95THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.05-192.95＝100GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图14所示，192.95THz与193.15THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图。中心频率为193.15THz激光光波与中心频率为192.95THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.15-192.95＝200GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图15所示，192.95THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出250GHz微波信号原理框图。中心频率为193.20THz激光光波与中心频率为192.95THz的吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-192.95＝250GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

如图16所示，193.00THz与193.20THz光谱信号拍频转换输出200GHz微波信号原理框图。中心频率为193.00THz与193.20THz的两个吉比特高速光载波通过双波段WDM滤波合波处理，再经光电拍频探测模块转换滤波放大处理，产生中心频率为193.20-193.00＝200GHz的携带有吉比特高速数据的微波宽带载波信号，后经天线以电磁波的形式发射到自由空间中。

器件关键参数设计

一种电流注入增益自调节多播光子射频发射机及其实现方法，其涉及到的关键器件主要参数如下：

(1)CW激光光源

中心波长为193.00THz，发射功率为3dBm，激光线宽为10MHz，初相位为0度。

(2)MZM调制器

消光比为30dB，对称因子为-1，调制类型为NRZ。

(3)窄线宽Laser-1

中心波长为193.05THz，发射功率为-8dBm，激光线宽为10MHz，初相位为0度。

(4)窄线宽Laser-2

中心波长为193.10THz，发射功率为5dBm，激光线宽为10MHz，初相位为0度。

(5)2:1光纤耦合器

信号衰减为0dB，窄线宽Laser衰减为0dB。

(6)SOA(半导体激光放大器)

注入电流为0.15A，光学约束因数为0.15，长0.5mm，宽0.003mm，高0.00008mm，线宽增强因子为5。

(7)多通道WDM

信道数为7，信道带宽为40GHz，中心频率分别为192.90THz、192.95THz、193.00THz、193.05THz、193.10THz、193.15THz、193.20THz，插入损耗为0dB，滤波器类型为贝塞尔型，滤波深度为100dB，滤波器阶数为2。

(8)1:9光纤耦合器

耦合比为90:10，插入损耗0.3dB，信号衰减为0dB，窄线宽Laser衰减为0dB。

(9)双通道WDM.

两通道中心频率分别见图3～16、带宽为调制速率数值的两倍(GHz)、插入损耗为0.5dB、滤波深度80dB、滤波类型为Bessel、滤波阶数为2阶。

(10)光电探测器

响应度为1A/W、暗电流为10nA、调制带宽为40GHz。

(11)SSMF

参考波长为1550nm、衰减系数为0.2dB/Km、色散系数为16.75ps/nm/Km。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。