CN104639258A - 一种参量多播光子信道化射频接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种参量多播光子信道化射频接收机。由天线接收到的射频信号调制到光载波上，与两路泵浦光耦合之后进入高非线性光纤，利用光纤四波混频效应实现信号光的组播。当光源参数满足第二泵浦光源与第一泵浦光源的频率之差为种子光源与第一泵浦光源的频率之差的4倍，且HNLF的参数满足近似相位匹配条件时，能在HNLF上产生多个频率间隔相同的拷贝光。本发明系统复杂度低，且消除了无源器件的插入损耗，具有很好的实际应用价值。

Description

一种参量多播光子信道化射频接收机

技术领域

本发明涉及微波光子学领域，特别涉及光子信道化射频接收机。

背景技术

信道化是射频宽带接收机的一种通用技术，在频域信道化过程中，接收到的信号被分成窄带子信道，避免了时域重叠信号之间的干扰，对高密度信号流有良好的分离能力。传统的信道化接收在电域完成，如采用一组微波滤波器或介质谐振器，所需器件较多，结构复杂而且体积大。此外，电磁波信号环境正变得越来越复杂，传统的电域信道化显然已经无法满足雷达系统中的日益增加带宽需求。

由于光子学方法具备的带宽大、质量轻、损耗低及抗电磁干扰等优点，基于光子学的信道化结构引起了很多研究者的兴趣。最初，有人提出利用声光调制器进行偏转达到信道化，接着大量研究转向使用光学滤波器堆栈进行滤波。当前，光子辅助信道化的方法主要有：谱线分离型、光域滤波型、光梳与波分复用器组合型等。

现有的光子辅助信道化接收主要缺点一是采用器件较多造成系统体积大且复杂度高，二是使用无源集成光器件，而目前的集成光学工艺限制了其测频精度，此外无源器件本身存在插入损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，能消除无源器件的插入损耗的一种基于光纤四波混频FWM(Four Wave Mixing)效应与周期性滤波的光子信道化射频接收机。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种参量多播光子信道化射频接收机，包括参量多播模块、信道化分离模块，参量多播模块的输出端与信道化分离模块的输入端相连；所述参量多播模块包括射频接收天线、种子光源、第一泵浦光源、第二泵浦光源、低噪声射频放大器、第一光放大器、第二光放大器、3个偏振控制器、电光调制器、耦合器、高非线性光纤，信道化分离模块包括周期性滤波器、解波分复用器。

射频接收天线通过低噪声射频放大器与电光调制器的调制信号输入端相连，种子光源与电光调制器的光载波信号输入端相连，电光调制器的已调信号输出端通过一个偏振控制器与耦合器的一个输入端相连；第一泵浦光源通过第一光放大器以及一个偏振控制器与耦合器的一个输入端相连；第二泵浦光源通过第二光放大器以及一个偏振控制器与耦合器的一个输入端相连；耦合器的输出端连接高非线性光纤作为参量组播模块的输出端；周期性滤波器的输入端作为信道化分离模块的输入端，周期性滤波器的输出端与解波分复用器的输入端相连；第二泵浦光源与第一泵浦光源的频率之差为种子光源与第一泵浦光源的频率之差的4倍。

由天线接收到的射频信号调制到光载波上，与两路泵浦光耦合之后进入高非线性光纤HNLF，利用光纤四波混频FWM效应实现信号光的组播。当光源参数满足第二泵浦光源与第一泵浦光源的频率之差为种子光源与第一泵浦光源的频率之差的4倍，且HNLF的参数满足近似相位匹配条件时，能在HNLF上产生多个频率间隔相同的拷贝光。拷贝光之间的间隔与周期性滤波器的自由光谱范围FSR(Free spectral range)略有不同，以构造多个频率通道，以实现信号的信道化分离。采用单个周期性滤波器实现信道化，避免了滤波器堆栈。接收机工作于有源模式，消除了无源器件的插入损耗。

本发明的有益效果是，系统复杂度低，且消除了无源器件的插入损耗，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1为参量组播光子信道化射频接收机结构图。

图2为参量组播后的输出光谱。

图3为信道化分离后其中一个通道的输出光谱。

具体实施方式

下面根据附图和实例对本发明作进一步详细说明：

图1所示为本发明光子信道化射频接收机的基本结构图。

包括参量组播模块、信道化分离模块，参量组播模块的输出端与信道化分离模块的输入端相连；

所述参量组播模块包括射频接收天线、种子光源、第一泵浦光源、第二泵浦光源、低噪声射频放大器、第一光放大器、第二光放大器、3个偏振控制器、电光调制器、耦合器、高非线性光纤，信道化分离模块包括周期性滤波器、解波分复用器；电光调制器为马赫增德尔调制器MZM(Mach-Zehnder Modulator)。

射频接收天线通过低噪声射频放大器与MZM的调制信号输入端相连，种子光源与电光调制器的光载波信号输入端相连，MZM的已调信号输出端通过一个偏振控制器3与耦合器的一个输入端相连；泵浦光源1通过光放大器1以及一个偏振控制器1与耦合器的一个输入端相连；泵浦光源2通过光放大器2以及一个偏振控制器2与耦合器的一个输入端相连；耦合器的输出端连接HNLF作为参量组播模块的输出端；周期性滤波器的输入端作为信道化分离模块的输入端，周期性滤波器的输出端与解波分复用器的输入端相连；第二泵浦光源与第一泵浦光源的频率之差为种子光源与第一泵浦光源的频率之差的4倍。

电光调制器输出的已调信号为信号光，2个泵浦光源用于与信号光进行耦合。放大器用于调整入纤光功率，偏振控制器用于调整输入光的偏振状态。合理设置系统参数，三路光在光纤中发生FWM作用，从而产生多个间隔均匀增益较为平坦的拷贝光。之后进入周期性滤波器，拷贝光之间的间隔与周期性滤波器的FSR略有不同，以构造多个频率通道。最后通过解波分复用将各个子信道分离出来，完成射频信号的信道化过程。

本实施例以C波段1530-1565nm波长范围为例，设定泵浦光1和泵浦光2的频率分别为196.97987THz、197.13987THz，功率分别为286mW、286mW；种子光频率为197.01987THz，功率为6mW；高非线性光纤长度为495m，零色散波长为1550nm，零色散波长处色散斜率为0.0184ps/nm²/km；周期性滤波器的FSR为81GHz，精细度为50，中心频率为196.94087THz。实际使用中，本领域技术人员可调整一些系统参数来改变拷贝光波长的中心位置，弥补周期性滤波器可能存在的工艺误差，同时实现系统的重构。通过软件仿真得到高非线性光纤输出光的光谱如图2所示，信号拷贝光功率之差不超过2dB(如图2中箭头所示)，可见信道化过程对射频信号产生的失真较小。通过周期性滤波器及解波分复用器之后的其中一路输出光谱如图3所示，相邻信道之间的功率相差42dB，这种相邻信道之间的功率抑制比由周期性滤波器的传输特性决定。

Claims (1)

1.一种参量多播光子信道化射频接收机，其特征在于，包括参量组播模块、信道化分离模块，参量组播模块的输出端与信道化分离模块的输入端相连；

所述参量组播模块包括射频接收天线、种子光源、第一泵浦光源、第二泵浦光源、低噪声射频放大器、第一光放大器、第二光放大器、3个偏振控制器、电光调制器、耦合器、高非线性光纤；信道化分离模块包括周期性滤波器、解波分复用器；

射频接收天线通过低噪声射频放大器与电光调制器的调制信号输入端相连，种子光源与电光调制器的光载波信号输入端相连，电光调制器的已调信号输出端通过一个偏振控制器与耦合器的一个输入端相连；第一泵浦光源通过第一光放大器以及一个偏振控制器与耦合器的一个输入端相连；第二泵浦光源通过第二光放大器以及一个偏振控制器与耦合器的一个输入端相连；耦合器的输出端连接高非线性光纤作为参量组播模块的输出端；周期性滤波器的输入端作为信道化分离模块的输入端，周期性滤波器的输出端与解波分复用器的输入端相连；第二泵浦光源与第一泵浦光源的频率之差为种子光源与第一泵浦光源的频率之差的4倍。