CN103023531A - 半导体光放大器和光延时线的全光超宽带脉冲产生方法 - Google Patents

半导体光放大器和光延时线的全光超宽带脉冲产生方法 Download PDF

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黄媛
陈林
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Abstract

本发明公开了一种基于半导体光放大器和光延时线产生全光超宽带脉冲的方法。使用连续波激光器作为光源，采用马赫曾德尔强度调制器调制产生光高斯脉冲信号，通过光功率分路器分成等功率的两路信号，一路信号连接到半导体光放大器，利用半导体光放大器的自身增益饱和恢复特性产生超宽带monocycle脉冲信号；另一路信号连接到光延时线产生延时的光高斯脉冲；通过光功率合路器将上述两路信号叠加产生超宽带doublet脉冲信号。本发明采用单光源和单个半导体光放大器产生全光超宽带doublet脉冲信号，成本低，结构简单，易于实现。

Description

半导体光放大器和光延时线的全光超宽带脉冲产生方法
(一)技术领域
本发明属于光纤无线通信系统技术领域中全光超宽带脉冲的产生方法。
(二)背景技术
超宽带(UWB)技术作为一种新型无线通信技术，与传统通信系统相比，具有频谱宽、数据传输率高、功耗低、安全性高、多径分辨能力强、定位准确等优点。美国联邦通信委员会(FCC)规定3.1GHz-10.6GHz为UWB允许使用频段范围，且它的发射功率必须低于1mW。超宽带系统可与现有的窄带系统(如蜂窝通信系统，全球定位系统等)公用频段，大大提高了频谱利用率。在小于10米的范围内能提供最大无线连接速率可达到1Gbps，易于实现多用户的短距离高速数据通信。虽然其具有诸多优点已经成功应用在多个方面，但是超宽带信号的无线传输距离只有几米到几十米的范围，大大限制了超宽带技术的应用范围。
为了提供随时随地的超宽带无线接入服务，使非无线窗口下的信号可以传输更远的距离，将超宽带技术和光纤无线通信技术进行结合被认为是有效的解决方案。近年来，特别是在光域生成超宽带信号，具有损耗低、基于光纤传输距离远、相对带宽大，与全光网路兼容能力强的特性引起关注。在光域直接产生符合FCC规定的超宽带信号，采用全光的方法实现对超宽带信号的调制，这样在整个发射过程中省去了复杂的光电和电光的转换过程，降低了系统的复杂性和成本。与传统的电域下产生脉冲无线电超宽带信号和多带正交频分复用超宽带信号相比，全光超宽带脉冲产生技术具有实现简单，体积小、成本低和不受电磁干扰等优点，并且易于与光学器件集成。
目前光学产生超宽带信号的方法主要有：基于光纤色散、基于光纤布拉格光栅的光学滤波、基于半导体光放大器(SOA)的非线性效应、基于偏振干涉仪进行偏振控制。其中采用半导体光放大器具有高非线性、光控操纵、低消耗功率等特点，成为光学产生超宽带信号的常用器件之一。已提出的基于半导体光放大器产生全光超宽带信号的方法，主要有：1）利用半导体光放大器的交叉增益调制特性产生超宽带monocycle脉冲[ F. Zeng, Q. Wang, and J. Yao, "All-optical UWB impulse generation based on cross-phase modulationand frequency discrimination," Electron. Lett., vol. 43, pp. 121-122, 2007] [Zhefeng Hu, Junqiang Sun, Jing Shao, and Xinliang Zhang, “Filter-free optically switchable and tunable ultrawideband monocycle generation based on wavelength conversion and fiber dispersion,” IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 22, No.1, 2010]，这些方法存在频率啁啾和消光比退化的问题；2）基于半导体光放大器的交叉相位调制效应产生超宽带信号[J. Dong, X.Zhang, Y. Zhang and D. Huang. “Optical UWB doubletpulse generation using multiple nonlinearities of single SOA.,” Electron. Lett., vol. 44 ,No. 18, pp. 1083-1084, 2008]，该方案相对于利用半导体光放大器的交叉增益调制特性产生超宽带信号方案提高了消光比，减小了信号的频率啁啾，但是需要多个激光源，成本高；3）利用半导体光放大器的交叉相位调制特性和密集波分复用多信道鉴频，得到全光超宽带脉冲[ Fei Wang, Jianji Dong, Enming Xu, Xinliang Zhang. “All-optical UWB generation and modulation using SOA-XPM effectand DWDM-based multi-channel frequency discrimination,” Optics Express, vol.18, pp. 24588-24594, 2010] ，该方案中用到密集波分复用器相当于光纤布拉格光栅的的滤波作用，而且需要两个或多个激光源，成本高。
(三)发明内容
本发明针对上述情况，解决了以往产生全光超宽带脉冲信号需要两个或多个激光源，成本高的问题，并且可以改善输出信号的消光比，解决在光纤上传输上下脉冲会引入时间差的问题。具有创新性的实用价值。
为了达到上述目的，本发明所采用的具体方法如下：
利用单模激光器产生一个连续光信号；采用一个二进制比特位模式发生器生成的电归零信号通过一个马赫曾德尔强度调制器直接调制光信号，其调制方式采用光双边带调制；归零信号的相位特性调制到光脉冲上，产生光高斯脉冲；光高斯脉冲通过光功率分路器分成等功率的两路信号，一路信号连接到光衰减器和半导体光放大器，产生超宽带monocycle脉冲，另一路信号连接到光延时线上，产生延时的光高斯脉冲；两路信号通过光功率合路器叠加产生全光超宽带doublet脉冲信号。
本发明采用单光源和单个半导体光放大器产生全光超宽带doublet脉冲信号，成本低，结构简单，易于实现。
(四)附图说明
图1为本发明的实现方案结构示意图；
图中：
1-单模激光器(DFB)
2-马赫-曾德尔强度调制器
3-电归零信号
4-光功率分路器
5-光衰减器
6-半导体光放大器
7-光延时线
8-光功率合路器
(五)具体实施方式
下面结合具体实验例子和附图，对本发明作具体说明。
由图1所示，半导体光放大器和光延时线产生全光超宽带doublet脉冲信号的方法分别说明如下：
单模激光器1，用于产生指定波长的单纵模光载波；
马赫-曾德尔强度调制器2，用于对指定波长的单纵模光载波进行强度调制；
电归零信号3，用于驱动马赫-曾德尔强度调制器2实现双边带调制产生光高斯脉冲；
光功率分路器4，用于将上述产生的光高斯脉冲分成等功率的两路信号；
光衰减器5，用于调节半导体光放大器的输入功率；
半导体光放大器6，用于利用自身增益饱和恢复特性产生超宽带monocycle脉冲；
光延时线7，用于产生延时的光高斯脉冲；
光功率合路器8，用于将上述超宽带monocycle脉冲和延时的光高斯脉冲进行叠加产生超宽带doublet脉冲信号。
本发明半导体光放大器和光延时线产生全光超宽带doublet脉冲信号的工作过程如下：
利用单模激光器1产生一个连续光信号；采用一个10Gb/s电归零信号3通过一个马赫曾德尔强度调制器2直接调制光信号，其调制方式采用光双边带调制，产生光高斯脉冲信号；利用光功率分路器4将产生的光高斯脉冲分成等功率的两路信号；其中一路信号采用一个光衰减器5调节半导体光放大器6的输入功率，利用半导体光放大器6的自身增益饱和恢复特性产生超宽带monocycle脉冲；另一路信号经过光延时线7产生延时的光高斯脉冲；通过光功率合路器8将上述超宽带monocycle脉冲和延时的光高斯脉冲进行叠加产生超宽带doublet脉冲信号。
 (六) 主要技术优势
本发明半导体光放大器和光延时线产生全光超宽带doublet脉冲信号，提出的方法采用单光源和单个半导体光放大器产生全光超宽带脉冲信号，结构简单，易于实现，降低了产生成本。并且可以改善输出信号的消光比，输出的超宽带脉冲只含有一个波长，可以避免上下脉冲是由两个波长叠加而成，解决在光纤上传输上下脉冲会引入时间差的问题。

Claims (6)

1.半导体光放大器和光延时线产生全光超宽带脉冲方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
使用一个连续波激光器作为光源；
采用一个马赫曾德尔强度调制器调制产生光高斯脉冲信号；
光高斯脉冲信号通过光功率分路器分成等功率的两路信号；
一路信号连接到光衰减器和半导体光放大器，产生超宽带monocycle脉冲；另一路信号连接到光延时线上产生延时的光高斯脉冲；
通过光功率合路器将上述两路信号叠加产生全光超宽带doublet脉冲信号。
2.根据权利1所述的光高斯脉冲信号的产生方法，其特征在于，所述的马赫曾德尔强度调制器调制双边带信号，调制电压设置为开关电压的一半。
3.根据权利1所述的超宽带monocycle脉冲的产生方法，其特征在于，采用光衰减器、半导体光放大器。
4.根据权利1所述的超宽带monocycle脉冲的产生方法，其特征在于，采用权利3所述的光衰减器调节半导体光放大器的输入功率，利用半导体光放大器的自身增益饱和恢复特性产生超宽带monocycle脉冲。
5.根据权利1所述的延时的光高斯脉冲的产生方法，其特征在于，采用光延时线。
6.根据权利5所述的光延时线，其特征在于，所述的延时差为1/4个光高斯脉冲信号周期。
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