CN102098107A - 超宽带脉冲信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超宽带脉冲信号发生器。传统的脉冲信号发生器复杂度高、系统稳定度低。本发明中的光电相位调制器分别连接光纤型可调延迟线和光纤型偏振控制器，光纤型可调延迟线连接光纤型偏振控制器，偏振控制器连接3dB光耦合器，构成光纤型萨格纳克环结构。萨格纳克环的透射端光纤f口连接光纤型偏振控制器、其反射端光纤d口进入光耦合器的b端口，再从c口输出连接至另一光偏振控制器，光偏振控制器的输出口连接光纤型可调延迟线，光纤型可调延迟线和光偏振控制器的输出口分别连接光纤型偏振合路器的两个光纤输入端口，连接高速光电探测器。本发明具有成本和结构复杂度低的优点，不受电磁干扰。

Description

超宽带脉冲信号发生器

技术领域

本发明属于微波光子学和光通信技术领域，涉及利用微波光子学技术对高达数百兆的高速差分非归零码数据流在光域上实现实时的格式转换，实时产生满足美国联邦通信委员会规范的超宽带形式脉冲数据流。

背景技术

超宽带通信是近几年刚发展起来的一门新兴技术，由于其具有发射功率低，与其它系统的兼容性好，隐蔽性好；传输速率高，系统的空间容量大；多径分辨能力强等传统无线通信无法满足的优势，故其在民用和军工都有着巨大的作用和应用的前景。然而超宽带信号技术具有在短距离无线通信领域的巨大优点却无法实现远距离覆有和传输的两面性，引起了科学家们极大的研究兴趣，而脉冲发生技术作为超宽带通信的关键技术之一，尤其成为了研究的热点。由于光纤光学信号处理技术具有低损耗、超大带宽、抗电磁干扰等诸多突出的优点，故相对于超宽带信号利用传统电路产生的方法，利用光学方法产生超宽带信号是目前非常具有潜力和有意义的方法。然而现有的超宽带信号全光产生方案大都需要用到任意波形发生器等设备以及需要额外的数字信号处理的开销，这对超宽带信号的商业化和实用化造成了阻碍；在需要成本和设备复杂度低、系统稳定度高的场合下，无论是传统的电路方法产生的技术抑或是大部分现有全光产生的技术，都较难以胜任。

发明内容

本发明方案的目的就是针对现有技术的不足，提出利用位于光纤萨格纳克环结构中精确微小偏离环腔结构中央位置的光电相位调制器调制从外部输入的差分非归零码数据，通过光学相干拍频将差分非归零码数据转换为具有正极性和负极性的两个类高斯窄脉冲数据序列，控制两个脉冲序列光的偏振态，及其到达偏振合路器的时间差，能在高速光电探头上实时产生符合美国联邦通信委员会规范的超宽带脉冲信号。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

超宽带脉冲信号发生器包括激光器、第一3dB光耦合器、第二3dB光耦合器、第一光纤型偏振控制器、第二光纤型偏振控制器、第三光纤型偏振控制器、第四光纤型偏振控制器、第一光纤型可调延迟线、第二光纤型可调延迟线、偏振合成器、光电相位调制器和高速光电探头。

激光器的输出端与第一3dB光耦合器一侧的一个端口光连接，第一3dB光耦合器另一侧的一个端口与第二3dB光耦合器一侧的一个端口光连接，第二3dB光耦合器另一侧的一个端口与第一光纤型偏振控制器一个端口光连接，第一光纤型偏振控制器另一个端口与第一光纤型可调延迟线一个端口光连接，第一光纤型可调延迟线另一个端口与光电相位调制器一个端口光连接，光电相位调制器另一个端口与第二光纤型偏振控制器一个端口光连接，第二光纤型偏振控制器另一个端口与第二3 dB光耦合器另一侧的另一个端口光连接；

第二3 dB光耦合器一侧的另一个端口与第三光纤型偏振控制器一个端口光连接，第三光纤型偏振控制器另一个端口与偏振合成器一个输入端口光连接；

第一3dB光耦合器一侧的另一个端口与第四光纤型偏振控制器一个端口光连接，第四光纤型偏振控制器另一个端口与第二光纤型可调延迟线一个端口光连接，第二光纤型可调延迟线另一个端口与偏振合成器另一个输入端口光连接，偏振合成器输出端口与高速光电探头的光端口光连接；

光电相位调制器的电信号输入端口作为脉冲信号发生器的输入端，高速光电探头的电信号输出端口作为脉冲信号发生器的输出端。

第二3dB光耦合器、第一光纤型偏振控制器、第二光纤型偏振控制器、第一光纤型可调延迟线、光电相位调制器组成光纤萨格纳克环结构；

第三光纤性偏振控制器、第四光纤型偏振控制器和偏振合成器组成偏振正交控制；

差分非归零码作为脉冲信号发生器的输入，在高速光电探头的电信号输出端口得到脉冲信号发生器产生的超宽带信号。

本发明方案中的光纤型光电相位调制器、光纤型偏振控制器、3 dB光耦合器、光纤型偏振分路器以及高速光电探测器为成熟商业化产品。本发明适合用于在低成本、简单结构和高稳定度等要求下，实现对差分非归零码实时转换为超宽带脉冲信号和传输的应用上。

本发明和传统利用电学方法产生超宽带脉冲信号方案相比，具有成本和结构复杂度低的优点，不受电磁干扰，在解决超宽带脉冲信号与光纤技术结合以实现长距离传输和覆盖的技术问题方面有着先天优势；本发明和其他全光方法产生超宽带脉冲信号方案相比，避免了使用昂贵的任意波形发生器和额外的数字信号处理的开销，在物理层上实现了实时的信号转换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种超宽带信号的发生器的设备包括激光器1，3dB光耦合器2、3，光纤型偏振控制器4、6、9、12，光纤型可调延迟线5、10，偏振合路器7，高速光电探头8和光电相位调制器11。

光电相位调制器11分别连接光纤型可调延迟线10和光纤型偏振控制器12，光纤型可调延迟线10连接光纤型偏振控制器9，偏振控制器9和12连接3dB光耦合器3，构成光纤型萨格纳克环结构。萨格纳克环的透射端光纤f口连接光纤型偏振控制器6、其反射端光纤d口进入光耦合器2的b端口，再从c口输出连接至另一光偏振控制器4，光偏振控制器4的输出口连接光纤型可调延迟线5，光纤型可调延迟线5和光偏振控制器6的输出口分别连接光纤型偏振合路器7的两个光纤输入端口，光纤型偏振合路器7连接高速光电探测器8。

本发明的具体工作过程为：单波长激光从激光器1中出射，经过3dB光耦合器2的a口从b口输出，进入3dB光耦合器3的d口，被分成功率相等的两份，从e口和g口输出，分别按照顺时针CW和逆时针CCW方向沿着光纤链路传输。光纤偏振控制器9和12分别控制从两个方向进入相位调制器11的光的偏振态。差分非归零码数据序列从相位调制器11的A口输入，被调制到萨格纳克环中分别按照顺时针和逆时针传播的两束光的相位上。光纤萨格纳克环中分别连接光耦合器3和相位调制器11的左右两臂光纤链路长度差，由光纤型可调延迟线10精确控制为2cm。在光耦合器3的f口的输出光由分别按照d→e→光纤链路→g→f和d→g→光纤链路→e→f光纤路径到达的两个子光相干叠加构成，由于光萨格纳克环的两臂长差，两个子光相干叠加得到一系列极性为正的类高斯脉冲数据序列；在光耦合器3的d口的输出光有分别按照dged和degd光纤路径到达的两个子光相干叠加构成，由于光萨格纳克环的两臂长差，两个子光相干叠加得到一系列极性为负的类高斯脉冲数据序列。光纤型偏振控制器4和6分别控制两个光纤链路上的偏振态，保证其在偏振合路器7的两个输入端口的偏振态相互正交；此外，连接至偏振合路器7的两个光纤链路长度差由光纤型可调延迟线5精确控制为2cm。偏振合路器7的输出端口连接高速光电探测器8，在光电探测器8的电输出D口得到超宽带脉冲数据序列。

这种全光方案超宽带脉冲信号发生器利用激光束在光纤萨格纳克环中的相干叠加作用，产生极性分别为正和负、脉冲宽度大约为100ps的类高斯脉冲数据串，经过精确的光纤长度差控制和偏振态正交化控制，在光电探测器上得到满足美国联邦通信委员会规范的超宽带脉冲信号数据序列，没有使用昂贵的任意波形发生器和额外的数字信号处理，在物理层上实现了将差分非归零码数据序列实时转换为超宽带脉冲信号数据序列，不受电磁干扰、成本和系统复杂度低、性能稳定。

Claims (1)

1.超宽带脉冲信号发生器，包括激光器、第一3dB光耦合器、第二3dB光耦合器、第一光纤型偏振控制器、第二光纤型偏振控制器、第三光纤型偏振控制器、第四光纤型偏振控制器、第一光纤型可调延迟线、第二光纤型可调延迟线、偏振合成器、光电相位调制器和高速光电探头，其特征在于：

激光器的输出端与第一3dB光耦合器一侧的一个端口光连接，第一3dB光耦合器另一侧的一个端口与第二3dB光耦合器一侧的一个端口光连接，第二3dB光耦合器另一侧的一个端口与第一光纤型偏振控制器一个端口光连接，第一光纤型偏振控制器另一个端口与第一光纤型可调延迟线一个端口光连接，第一光纤型可调延迟线另一个端口与光电相位调制器一个端口光连接，光电相位调制器另一个端口与第二光纤型偏振控制器一个端口光连接，第二光纤型偏振控制器另一个端口与第二3 dB光耦合器另一侧的另一个端口光连接；

第二3dB光耦合器一侧的另一个端口与第三光纤型偏振控制器一个端口光连接，第三光纤型偏振控制器另一个端口与偏振合成器一个输入端口光连接；

第一3dB光耦合器一侧的另一个端口与第四光纤型偏振控制器一个端口光连接，第四光纤型偏振控制器另一个端口与第二光纤型可调延迟线一个端口光连接，第二光纤型可调延迟线另一个端口与偏振合成器另一个输入端口光连接，偏振合成器输出端口与高速光电探头的光端口光连接；

光电相位调制器的电信号输入端口作为脉冲信号发生器的输入端，高速光电探头的电信号输出端口作为脉冲信号发生器的输出端。

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