一種利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡光電探測(cè)器產(chǎn)生倍頻三角波信號(hào)的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡光電探測(cè)器產(chǎn)生倍頻三角波信號(hào)的方法，涉及微波與光通信技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于倍頻三角波的生成。所述方法如附圖所示，包括光源1、射頻信號(hào)源2、電放大器3、電功分器4和5和7、電移相器6和8、雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器9、偏振控制器10、偏振分束器11以及平衡光電探測(cè)器12。調(diào)節(jié)偏置電壓在一個(gè)偏振態(tài)上生成光載波與正負(fù)4階邊帶，在另一個(gè)偏振態(tài)上生成正負(fù)2階邊帶，經(jīng)過(guò)偏振復(fù)用后送入平衡光電探測(cè)器拍頻產(chǎn)生全周期的三角形脈沖，脈沖重復(fù)率為射頻信號(hào)頻率的二倍。由于使用集成器件實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用并且不用光帶通濾波器，因此生成的倍頻三角形脈沖且具有很好的穩(wěn)定性與重復(fù)率調(diào)諧性。

Device and method for all-optical generation of frequency doubling triangular wave

The invention discloses an all-optical generation frequency doubling triangular wave device and a method thereof, relating to the field of microwave and optical communication technology, which are mainly applied to generation of frequency doubling triangular wave. The method is shown in Figure 1, including light source, RF signal source, power amplifier 3, 2 electric power divider 4 and 5 and 7, 6 and 8, the electric phase shifter of dual polarization quadrature phase shift keying modulator 9, polarization controller 10, polarization beam splitter and photoelectric detector 12 balance 11. Adjusting the bias voltage generating optical carrier with positive and negative 4 order sideband in a polarization state, generating negative 2 order sidebands in another polarization, polarization multiplexing is sent to the balance after full cycle beat frequency detector triangle pulse, pulse repetition rate is two times the frequency of the RF signal. Because of the use of integrated devices for polarization multiplexing and without optical band pass filter, the resulting frequency doubled triangular pulse is generated with good stability and repeatability and tunability.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
全光生成倍頻三角波的裝置及方法
本專利技術(shù)涉及光通信
和微波
，主要涉及光通信技術(shù)中利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡光電探測(cè)器產(chǎn)生三角波信號(hào)的轉(zhuǎn)置及方法。
技術(shù)介紹
隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，大容量甚至超大容量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)電光信號(hào)處理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度高、處理速率低、消耗嚴(yán)重等缺點(diǎn)凸顯，而全光信號(hào)處理的復(fù)雜程度和耗能程度遠(yuǎn)不及電光處理技術(shù)，可以從根本上解決傳統(tǒng)電光信號(hào)處理中“電子瓶頸”的問(wèn)題。近來(lái)，高重復(fù)頻率的具有特殊時(shí)域形狀的超短光脈沖的產(chǎn)生及其在全光信號(hào)處理中的應(yīng)用得到了深入研究，比如拋物型脈沖、矩形脈沖和三角形脈沖等。其中，三角形光脈沖在全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、全光分插復(fù)用、全光時(shí)分復(fù)用一波分復(fù)用的信號(hào)轉(zhuǎn)換等應(yīng)用中顯示出比傳統(tǒng)的高斯脈沖或雙曲正割脈沖明顯的優(yōu)勢(shì)，是一種極具吸引力的特殊脈沖形狀。三角形脈沖是一種在時(shí)域范圍內(nèi)具有線性上升沿和下降沿的特殊光脈沖形式。與方波一樣，三角波在頻譜中只有奇次諧波，不同的是三角波的高次諧波下降速度比方波的快得多，除此之外，三角形脈沖在波形上具有線性斜率，即三角形脈沖的強(qiáng)度前后沿均為變化率恒定的直線。由于其脈沖頻譜和波形線性的優(yōu)勢(shì)，三角形脈沖被廣泛的應(yīng)用于光子學(xué)領(lǐng)域，前景廣闊，比如：將三角形光脈沖作為泵浦光應(yīng)用于采用光纖自相位調(diào)制或交叉相位調(diào)制原理的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器中，實(shí)現(xiàn)高效的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，可以優(yōu)化波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的性能；將三角形光脈沖作為泵浦光還可以用于光脈沖信號(hào)的時(shí)域和頻域同時(shí)復(fù)制；除此之外，利用對(duì)稱的三角形光脈沖可以實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用(TDM)到波分復(fù)用(WDM)的有效轉(zhuǎn)換；三角形脈沖還可以用來(lái)進(jìn)行脈沖壓縮以及信號(hào)再生。由此可見(jiàn)，三角形光脈沖在全光信號(hào)處理領(lǐng)域扮演著十分重要的角色。從時(shí)域波形劃分，可將三角形脈沖分為對(duì)稱三角形和非對(duì)稱三角形，其中非對(duì)稱三角形脈沖通常又被稱作鋸齒形脈沖。衡量一個(gè)三角形脈沖發(fā)生器性能的指標(biāo)包括如下幾個(gè)方面：(1)功率輸出穩(wěn)定(2)重復(fù)速率可調(diào)(3)脈沖寬度可調(diào)(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，組成設(shè)備簡(jiǎn)單易于獲得，小型化方便集成(5)設(shè)計(jì)成本低廉目前光生三角形脈沖的技術(shù)主要可以分為三類，一是通過(guò)光學(xué)光譜整形，二是利用光纖的非線性，通過(guò)控制光纖的長(zhǎng)度產(chǎn)生三角波，三是通過(guò)處理電光調(diào)制器的諧波。研究表明，第三種方案中，通過(guò)合理控制調(diào)整正弦脈沖信號(hào)的傅里葉分量就可以得到全周期的三角形脈沖序列。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決
技術(shù)介紹
中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提出了一種利用雙平行相移鍵控調(diào)制器結(jié)合平衡探測(cè)產(chǎn)生倍頻三角形脈沖的方法。通過(guò)簡(jiǎn)單合理的參數(shù)設(shè)置，達(dá)到抑制4次諧波的效果，從而得到較高質(zhì)量的全周期倍頻三角形脈沖信號(hào)。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：所述裝置包括光源1、射頻信號(hào)源2，電放大器3、電功分器4、電功分器5、電移相器6、電功分器7、電移相器8、雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器9、偏振控制器10、偏振分束器11，平衡光電探測(cè)器12。；光源的輸出端口與雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器的輸入端口相連；調(diào)制器的輸出端依次連接一個(gè)偏振控制器和偏振分束器；偏振分束器的兩個(gè)輸出端口分別連接到平行光電探測(cè)器的兩個(gè)輸入端口；偏振分束器輸出的光信號(hào)可接光頻譜儀進(jìn)行測(cè)試，光電探測(cè)器的輸出端可接頻譜分析儀與采樣示波器進(jìn)行測(cè)試。上述雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器由兩個(gè)雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器組成，且兩個(gè)雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器分別位于正交相移鍵控調(diào)制器上下兩臂上，其中下臂集成一個(gè)90度偏振旋轉(zhuǎn)器，使下臂輸出的光信號(hào)與上臂輸出的光信號(hào)偏振態(tài)正交。雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器包含三個(gè)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器，其中一個(gè)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器作為主調(diào)制器，另外兩個(gè)調(diào)制器作為子調(diào)制器嵌在主調(diào)制器中。上述子調(diào)制器具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。子調(diào)制器具有獨(dú)立的射頻信號(hào)輸入端口和偏置端口；主偏置端口可以用來(lái)調(diào)整子調(diào)制器的輸出。本專利技術(shù)在工作時(shí)包括以下步驟：(1)從激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ的光波注入到雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器中；(2)將頻率為f的射頻本振信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻放大器后，通過(guò)功分器分成兩路，每一路再通過(guò)功分器分成兩路，把其中兩路分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)子調(diào)制器Xa和Ya，剩下的兩路接移相器移相90度后分別驅(qū)動(dòng)子調(diào)制器Xb和Yb。(3)通過(guò)調(diào)節(jié)上臂三個(gè)調(diào)制器的偏壓，使兩個(gè)子調(diào)制器與一個(gè)主調(diào)制器都偏置在最大點(diǎn)，可以在雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器的上臂生成載波與正負(fù)4階邊帶。(4)調(diào)節(jié)下臂三個(gè)調(diào)制器的偏壓，使兩個(gè)子調(diào)制器偏置在最大點(diǎn)，主調(diào)制器偏置在最小點(diǎn)生成正負(fù)2階邊帶，由于下臂集成一個(gè)90度偏振旋轉(zhuǎn)器，從調(diào)制器上下兩臂輸出的光信號(hào)具有兩個(gè)正交的偏振態(tài)。(5)從調(diào)制器輸出的信號(hào)依次接入偏振控制器和偏振分束器，調(diào)節(jié)偏振控制器使輸出光信號(hào)的一個(gè)偏振態(tài)(X偏振或者Y偏振)相對(duì)于偏振分束器的一個(gè)原理軸有45度的夾角，因此在偏振分束器的每個(gè)輸出端都含有偏振復(fù)用的光信號(hào)，并且在一個(gè)輸出端口兩個(gè)偏振態(tài)同相耦合，在另一個(gè)輸出端口兩個(gè)偏振信號(hào)反相耦合。(6)偏振分束器輸出的兩路光信號(hào)分別接入平衡光電探測(cè)器的兩個(gè)輸入端口，進(jìn)入平衡光電探測(cè)器拍頻得到電信號(hào)。由于平衡光電探測(cè)器的共模抑制能力，正負(fù)2階邊帶拍頻生成4次諧波與光載波和正負(fù)4階邊帶拍頻生成的4次諧波被抑制，正負(fù)2階邊帶分別與光載波和正負(fù)4階邊帶拍頻生成的2次諧波與6次諧波得到加強(qiáng)。同時(shí)調(diào)節(jié)射頻信號(hào)源幅度改變調(diào)制指數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)2次諧波與6次諧波的幅度之比為9，且相位相同，從而得到三角波信號(hào)。本專利技術(shù)提出了一種新型光生倍頻三角波信號(hào)的裝置及方法，使用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器，結(jié)合偏振控制器以及平衡光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出信號(hào)光的偏振復(fù)用，利用平衡光電探測(cè)器的共模抑制能力來(lái)抑制4次諧波，增強(qiáng)2次諧波與6次諧波。調(diào)節(jié)調(diào)制指數(shù)使二次諧波與6次諧波幅度比為9且相位相同，實(shí)現(xiàn)倍頻三角波信號(hào)的生成。本專利技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)際可操作性。本專利技術(shù)不使用帶通濾波器，對(duì)載波的波長(zhǎng)沒(méi)有嚴(yán)格要求。此外，由于采用了平衡光電探測(cè)器不需要額外的光帶通濾波器來(lái)選擇相應(yīng)的光邊帶，可調(diào)諧性好，當(dāng)改變射頻信號(hào)頻率時(shí)不需要改變其他參數(shù)。由于使用集成的偏振復(fù)用器件，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，且可以得到全周期的三角波信號(hào)，波形質(zhì)量較好。生成的三角波信號(hào)的重復(fù)率為射頻信號(hào)頻率的二倍，具有倍頻的功能。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡探測(cè)器生成三角波信號(hào)的裝置圖，圖2為倍頻三角波生成的原理圖，圖3為輸入射頻信號(hào)為5GHz時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，其中：(a)為雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器輸出的信號(hào)光譜圖；(b)為光電探測(cè)器拍頻后生成信號(hào)的頻譜圖；(c)為光電探測(cè)器拍頻后生成信號(hào)的時(shí)域波形圖。圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)分別為輸入射頻信號(hào)為2GHz、3GHz、4GHz時(shí)，光電探測(cè)器拍頻后生成信號(hào)的時(shí)域波形圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本專利技術(shù)技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例：圖1為本專利技術(shù)利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器以及平衡光電探測(cè)產(chǎn)生倍頻三角波信號(hào)的裝置圖。其中雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器分別在兩個(gè)偏振態(tài)上對(duì)光載波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制器偏置電壓使一個(gè)偏振態(tài)上產(chǎn)生光載波與正負(fù)4階光邊帶，在另一個(gè)偏振態(tài)上產(chǎn)生正負(fù)2階光邊帶；調(diào)節(jié)偏振控制器使輸出光信號(hào)的一個(gè)偏振態(tài)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡光電探測(cè)器產(chǎn)生倍頻三角波信號(hào)的裝置及方法，包括光源、射頻信號(hào)源、放大器、電移相器、電功分器、偏振控制器、偏振分束器、平衡光電探測(cè)器，其特征在于：光源直接送入電光調(diào)制器進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，由于調(diào)制器的偏振特性，調(diào)制器輸出的光信號(hào)含有兩個(gè)偏振態(tài)，一個(gè)偏振態(tài)上含有光載波與正負(fù)四階邊帶，另一個(gè)偏振態(tài)上含有正負(fù)二階邊帶，調(diào)制器的輸出依次連接偏振控制器與偏振分束器，偏振分束器輸出的兩路偏振復(fù)用信號(hào)送入平衡光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻。所述雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器由兩個(gè)雙平行馬赫?曾德?tīng)栒{(diào)制器組成分別集成在調(diào)制器的上下兩臂上。下臂集成一個(gè)90度的偏振旋轉(zhuǎn)器，因此上下兩臂輸出信號(hào)的偏振態(tài)相互正交。雙平行馬赫?曾德?tīng)栒{(diào)制器包含三個(gè)馬赫?曾德?tīng)栒{(diào)制器，其中一個(gè)馬赫?曾德?tīng)栒{(diào)制器作為主調(diào)制器，另外兩個(gè)調(diào)制器作為子調(diào)制器嵌在主調(diào)制器中。上述子調(diào)制器具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。子調(diào)制器具有獨(dú)立的射頻信號(hào)輸入端口和偏置端口，主偏置端口可以用來(lái)調(diào)整子調(diào)制器的輸出。所述雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器后連接有偏振控制器和偏振分束器。通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器，在偏振分束器處將兩個(gè)偏振態(tài)信號(hào)耦合成兩路偏振復(fù)用的光信號(hào)，其中一路信號(hào)偏振態(tài)同相耦合，另一路信號(hào)偏振態(tài)反相耦合。兩路信號(hào)分別送入平衡光電探測(cè)器的兩個(gè)射頻輸入端口進(jìn)行拍頻，拍頻后兩路生成的信號(hào)中四次諧波同相，二次諧波與六次諧波反相，因?yàn)槠胶夤怆娞綔y(cè)器的共模抑制能力，平衡光電探測(cè)器生成的信號(hào)中四次諧波被抑制，二次諧波與六次諧波得到加強(qiáng)。調(diào)節(jié)調(diào)制指數(shù)實(shí)現(xiàn)二次諧波與六次諧波的功率比為19.1dB就可得到倍頻三角形脈沖。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡光電探測(cè)器產(chǎn)生倍頻三角波信號(hào)的裝置及方法，包括光源、射頻信號(hào)源、放大器、電移相器、電功分器、偏振控制器、偏振分束器、平衡光電探測(cè)器，其特征在于：光源直接送入電光調(diào)制器進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，由于調(diào)制器的偏振特性，調(diào)制器輸出的光信號(hào)含有兩個(gè)偏振態(tài)，一個(gè)偏振態(tài)上含有光載波與正負(fù)四階邊帶，另一個(gè)偏振態(tài)上含有正負(fù)二階邊帶，調(diào)制器的輸出依次連接偏振控制器與偏振分束器，偏振分束器輸出的兩路偏振復(fù)用信號(hào)送入平衡光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻。所述雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器由兩個(gè)雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器組成分別集成在調(diào)制器的上下兩臂上。下臂集成一個(gè)90度的偏振旋轉(zhuǎn)器，因此上下兩臂輸出信號(hào)的偏振態(tài)相互正交。雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器包含三個(gè)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器，其中一個(gè)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器作為主調(diào)制器，另外兩個(gè)調(diào)制器作為子調(diào)制器嵌在主調(diào)制器中。上述子調(diào)制器具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。子調(diào)制器具有獨(dú)立的射頻信號(hào)輸入端口和偏置端口，主偏置端口可以用來(lái)調(diào)整子調(diào)制器的輸出。所述雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器后連接有偏振控制器和偏振分束器。通過(guò)調(diào)節(jié)偏...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖進(jìn)勃，文愛(ài)軍，張武，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西,61