本發明專利技術涉及信號調制技術領域，具體地說，涉及基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法。首先構建用于產生高純度32倍頻毫米波信號的基于四個級聯的偏振調制器的系統架構，產生高純度32倍頻毫米波信號的過程包括如下步驟：抑制除±(8n)階外的偶數階光邊帶；抑制±8階光邊帶；抑制0階光載波，得到高純度32倍頻毫米波信號。本發明專利技術設計只使用四個偏振調制器而不使用任何濾波器生成了頻率32倍頻的毫米波；其方案結構簡單、成本低，且得到的信號質量也很好；并且相比于基于馬赫曾德爾調制器實現的方案，具有更加簡單的結構、更加純凈的頻譜，同時避免了馬赫曾德爾調制器過度依賴偏置電壓出現的偏置點漂移的問題。
1、隨著數字時代的到來，全球的數據量正在呈現井噴式爆發。這種增長趨勢對通信網絡的傳輸容量及傳輸質量均提出了更強的需求。因此如果能將無線通信系統的信號頻段拓寬到毫米波頻段，不僅可以解決頻譜資源緊張的問題，而且可以獲得更快的傳輸速率和更大的傳輸容量。然而，由于其電子設計和工藝的限制，在電子領域產生高頻毫米波信號更加困難。相比之下，光子產生高頻毫米波信號是一種更好的選擇。
2、光信號處理相比于電信號處理，有著許多的優點，首先，光信號處理可以提高數字信號的處理速度；其次，光信號處理可以實現并行操作；此外，光信號處理還對電磁干擾和電氣短路不敏感，正是基于上述優點，光信號處理技術得到了廣泛的關注與研究。目前關于光子毫米波產生的方案，包括使用光外差法、光電振蕩器、四波混頻、上變頻調制和外調制技術等。在各種調制方法中，外調制技術得到了廣泛的研究和應用。外部調制技術主要使用調制器來調制信號，如相位調制器(pm)、馬赫-曾德爾調制器(mzm)、偏振調制器(polm)等。
3、在過去的研究中，毫米波信號的產生采用了很多不同的方案，主要是使用馬赫曾德爾調制器。雖然目前已經有各種利用馬赫曾德爾調制器產生毫米波信號的方案，但是由于馬赫曾德爾調制器需要引入直流偏置電壓從而產生偏置漂移的問題，可以轉而使用更為簡便的偏振調制器來實現所需信號。鑒于此，我們提出了基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法。
r/>技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現上述技術問題的解決，本專利技術的目的在于，提供了基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，首先構建用于產生高純度32倍頻毫米波信號的基于四個級聯的偏振調制器的系統架構，包括依次電連接的連續波激光器cw、偏振分束器pbs、偏振合束器pbc、偏振片pol及光電探測器pd，偏振分束器pbs與偏振合束器pbc分別通過被分離為兩個正交分支的上支路和下支路；上支路由級聯在一起的四個子系統組成，分別表示為子系統a、子系統b、子系統c和子系統d，每個子系統內均包含一個偏振控制器pc、一個偏振調制器polm和一個偏振片pol；四個子系統同時接入同一個射頻rf，子系統b、子系統c和子系統d與射頻rf之間均連接有電移相器fps；下支路的偏振光束不需要調制；
3、利用上述系統架構產生高純度32倍頻毫米波信號的過程包括如下步驟：
4、s1、抑制除±(8n)階外的偶數階光邊帶：連續波激光器cw發射的光載波信號被設置為π/4的偏振分束器pbs分為上下兩支偏振光束信號，每個子系統中偏振控制器pc和偏振片pol的角度都設置為π/4以抑制奇數階光學邊帶；在上支路傳輸的信號依次經過子系統a、子系統b、子系統c和子系統d，輸出除±(8n)階外的偶數階光邊帶都被抑制的毫米波信號；
5、s2、抑制±8階光邊帶：通過設置合適的調制指數滿足使±8階光邊帶的幅度為0的條件來消除±8階光邊帶；
6、s3、抑制0階光載波：使用偏振合束器pbc將從上支路和未調制的下支路輸出的信號合并，從偏振合束器pbc輸出的信號接下來進入最后一個偏振片pol，調整該偏振片pol的角度，使載波信號的幅度等于零以消除0階光載波信號。
7、作為本技術方案的進一步改進，所述偏振片pol與光電探測器pd之間連接有光譜儀osa，光電探測器pd的輸出端連接有電譜儀esa。
8、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s1中，連續波激光器cw發射的光載波信號被設置為π/4的偏振分束器pbs分為上下兩支信號，在上支路傳輸的信號首先經過子系統a，從子系統a輸出的信號ea(t)可以表示為：
9、
10、其中，ein(t)是連續光的輸入光場，還可以被寫為ec和ωc分別為光載波的幅度和角頻率；θ1為偏振控制器的方位角；θ2為偏振片的偏振角；m為偏振調制器的調制指數，ωm為偏振調制器的角頻率，j為常規系數。
11、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s1中，為了抑制奇數階光學邊帶，每個子系統中偏振控制器polm和偏振片pol的角度都設置為π/4；在這種情況下等式(1)可以簡化為：
12、
13、將等式(2)使用第一類bessel函數展開得到：
14、
15、其中，jn(·)表示第一類n階bessel函數；
16、由等式(3)可以看出，輸出信號只包含0、±2、±4、±6等偶階邊帶；為了消除除±(8n)階外的偶階邊帶，如±2階、±4階、±6階、±10階邊帶等，需要將三個移相器eps的角度分別設置為π/4、π/2和3π/4。
17、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s1中，信號傳輸到子系統b，從子系統b輸出的信號eb(t)可以寫成：
18、
19、同理，從子系統c輸出的信號ec(t)表示為：
20、
21、從子系統d輸出的信號ed(t)表示為：
22、
23、通過展開、合并、化簡等式(6)，可以得到等式(7)，表示如下：
24、
25、其中，p、q、r和s分別表示0階、±8階、±16階和±24階光邊帶的幅度；
26、從等式(7)中可以看到，此時僅存在0階、±8階、±16階和±24階光邊帶，這意味著除±(8n)階外的偶數階光邊帶都被抑制了；并且從子系統d輸出的信號就是從上支路輸出的信號。
27、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s3中，使用偏振合束器pbc將從上支路和未調制的下支路輸出的信號合并，從偏振合束器pbc輸出的信號epbc(t)可以表示為：
28、
29、其中，elb(t)為下支路的光場。
30、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s3中，從偏振合束器pbc輸出的信號接下來進入最后一個偏振片pol，并且輸出的信號epol(t)為：
31、
32、其中，為最后一個偏振片pol的偏振角。
33、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s3中，為了消除0階光載波信號，需要調整最后一個偏振片pol的角度，使載波信號的幅度等于零；因此可以得到等式(10)：
34、
35、通過計算，可以得到：
36、
37、因此，根據等式(11)，可以得出結論，當偏振角度設置為可以完全消除0階光載波信號。
38、作為本技術方案的進一步改進，所述步驟s3中，最終輸出信號主要包括±16階和±24階光邊帶，其中大于24的諧波可以被忽略；輸出信號eout(t)可以被寫為：
39、
40、由光電探測器pd產生的光電流ipd(本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：首先構建用于產生高純度32倍頻毫米波信號的基于四個級聯的偏振調制器的系統架構，包括依次電連接的連續波激光器CW、偏振分束器PBS、偏振合束器PBC、偏振片Pol及光電探測器PD，偏振分束器PBS與偏振合束器PBC分別通過被分離為兩個正交分支的上支路和下支路；上支路由級聯在一起的四個子系統組成，分別表示為子系統A、子系統B、子系統C和子系統D，每個子系統內均包含一個偏振控制器PC、一個偏振調制器PolM和一個偏振片Pol；四個子系統同時接入同一個射頻RF，子系統B、子系統C和子系統D與射頻RF之間均連接有電移相器FPS；下支路的偏振光束不需要調制；
2.根據權利要求1所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述偏振片Pol與光電探測器PD之間連接有光譜儀OSA，光電探測器PD的輸出端連接有電譜儀ESA。
3.根據權利要求2所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S1中，連續波激光器CW發射的光載波信號被設置為π/4的偏振分束器PBS分為上下兩支信號，在上支路傳輸的信號首先經過子系統A，從子系統A輸出的信號EA(t)可以表示為：
4.根據權利要求3所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S1中，為了抑制奇數階光學邊帶，每個子系統中偏振控制器PolM和偏振片Pol的角度都設置為π/4；在這種情況下等式(1)可以簡化為：
5.根據權利要求4所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S1中，信號傳輸到子系統B，從子系統B輸出的信號EB(t)可以寫成：
6.根據權利要求5所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S3中，使用偏振合束器PBC將從上支路和未調制的下支路輸出的信號合并，從偏振合束器PBC輸出的信號EPBC(t)可以表示為：
7.根據權利要求6所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S3中，從偏振合束器PBC輸出的信號接下來進入最后一個偏振片Pol，并且輸出的信號EPol(t)為：
8.根據權利要求7所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S3中，為了消除0階光載波信號，需要調整最后一個偏振片Pol的角度，使載波信號的幅度等于零；因此可以得到等式(10)：
9.根據權利要求8所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟S3中，最終輸出信號主要包括±16階和±24階光邊帶，忽略其中大于24的諧波；輸出信號Eout(t)可以被寫為：
10.根據權利要求9所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：還包括對最終輸出信號的光帶邊和射頻雜散的抑制比計算，具體為：
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【技術特征摘要】
1.基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：首先構建用于產生高純度32倍頻毫米波信號的基于四個級聯的偏振調制器的系統架構，包括依次電連接的連續波激光器cw、偏振分束器pbs、偏振合束器pbc、偏振片pol及光電探測器pd，偏振分束器pbs與偏振合束器pbc分別通過被分離為兩個正交分支的上支路和下支路；上支路由級聯在一起的四個子系統組成，分別表示為子系統a、子系統b、子系統c和子系統d，每個子系統內均包含一個偏振控制器pc、一個偏振調制器polm和一個偏振片pol；四個子系統同時接入同一個射頻rf，子系統b、子系統c和子系統d與射頻rf之間均連接有電移相器fps；下支路的偏振光束不需要調制；
2.根據權利要求1所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述偏振片pol與光電探測器pd之間連接有光譜儀osa，光電探測器pd的輸出端連接有電譜儀esa。
3.根據權利要求2所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟s1中，連續波激光器cw發射的光載波信號被設置為π/4的偏振分束器pbs分為上下兩支信號，在上支路傳輸的信號首先經過子系統a，從子系統a輸出的信號ea(t)可以表示為：
4.根據權利要求3所述的基于四個級聯的偏振調制器產生高純度32倍頻毫米波信號的方法，其特征在于：所述步驟s1中，為了抑制奇數階光學邊帶，每個子系統中偏振控制器polm和偏振片pol的角度都設置...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王東飛，
申請(專利權)人：武漢工商學院，
類型：發明
國別省市：
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