CN104993358B - 基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置 - Google Patents
基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，包括：主激光器、第一光耦合器、第二光耦合器、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器、光偏振控制器、第一光环形器、第二光环形器、从激光器、单模光纤、马赫增德尔调制器、光放大器、光谱分析仪、光电探测器和频谱分析仪。利用本发明，通过光注入半导体激光器产生等频率间隔的多谱线梳状光谱P1，然后利用主激光器分束得到的另一束激光调制得到载波抑制双边带激光作为泵浦光，利用光纤中受激布里渊散射效应放大主激光器光波长附近的一个边带，衰减另一个边带，从而得到单边带光载微波信号。利用本发明，可实现光载微波信号频率连续可调，以及中频信号的上变频。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信和微波光子信号处理技术领域，尤其涉及一种基于受激布里渊散射和半导体激光器光注入技术的单边带光载微波信号产生装置。
背景技术
随着IP电视、视频点播等多媒体大数据业务的发展，以及对移动通信服务质量、带宽需求的增加，传统宽带接入方式面临着巨大的挑战。光纤无线电系统(RoF)融合了无线通信的灵活性和光纤通信的高带宽、低损耗特性，引起了广泛的研究。该技术利用光纤介质传输光载射频信号，为高速数据在下一代无线网络中的传输提供了巨大带宽，成为下一代移动通信的关键技术之一。
光域的微波信号的产生和中频信号上变频是RoF系统的关键技术之一。传统实现方式需要在电域混频实现中频信号上变频，然后利用激光器直调或者光强度调制器外调来产生光载微波信号。但是微波混频器、高频直调激光器或者外调制器价格昂贵且调制频率受限，使得传统RoF系统在追求高频微波载波的过程中成本也不断提高。
光注入半导体激光器技术，通过控制主激光器注入从激光器的激光的光功率、失谐频率、偏振态可得到等频率间隔的梳状光谱P1，改变注入光功率可连续调节梳状光谱P1的频率间隔，从而得到可调谐的光载微波信号。光注入系统结构简单，仅利用两个DFB激光器，可得到高达几十GHz的光载微波信号，而不需要昂贵的光强度调制器。
RoF链路中另一个需要解决的问题是传统双边带调制信号(DSB)在光纤中传输时会受到色散的影响，导致功率损耗。单边带调制(SSB)信号可以克服光载微波信号在光纤中传输时色散引起的功率损失，研究人员提出了各种方法去产生单边带调制的光载微波信号。研究中有利用光滤波 器或光纤布拉格光栅滤除DSB某个边带，或者使用复杂昂贵的单边带调制器。受激布里渊散射(SBS)作为一种光纤中常见的非线性效应，具有阈值功率低、增益(或者衰减)带宽窄等特点，可以选择性地放大或者衰减某一个频率的光波。有研究利用马赫增德尔调制器的非线性调制区域调制得到多谱线光谱，然后利用受激布里渊散射效应放大多谱线光谱中的某两条，从而得到单边带光载微波信号。但是由于受激布里渊散射的增益谱带宽很窄(单模光纤中约为30MHz)，要稳定放大某个波长的光波需要泵浦光波长非常稳定。
本发明专利利用光注入半导体激光器技术，控制主激光器与从激光器的失谐频率、注入光功率、注入光偏振态，来得到等频率间隔的多谱线光谱P1，同时主激光器分束得到的另一束激光调制得到载波抑制双边带激光(CS-DSB)作为泵浦光，受激布里渊散射放大P1光谱中主激光器光波长附近的一个边带，衰减另一个边带，从而得到单边带光载微波信号。改变注入参数可改变多谱线光谱P1的频率间隔，从而实现微波载波频率的连续调节。同时直调从激光器可实现中频信号的上变频。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明针对上述情况，提供了一种基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，通过光注入半导体激光器产生等频率间隔的多谱线光谱P1，调节注入参数实现光谱间隔的连续可调，利用主激光器分束的第二部分激光，调制得到抑制载波双边带激光作为泵浦光，在光纤中受激布里渊散射效应的作用下最终得到适用于RoF链路传输的单边带调制信号，解决了光载微波信号在光纤传输中色散引起的功率衰减，并实现了光载微波信号频率的连续可调，中频信号上变频等问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，包括：主激光器1，用于产生激光；第一光耦合器2，用于将主激光器1发出的激 光分成第一部分光和第二部分光，第一部分光作为注入激光通过第一光耦合器2进入第一可调光衰减器3，最终注入从激光器6；第二部分光作为受激布里渊散射的泵浦光通过第一光耦合器2进入马赫增德尔调制器8被RF信号调制；第一可调光衰减器3，用于调节注入从激光器6的第一部分光的光功率；光偏振控制器4，用于调节注入从激光器6的第一部分光的光偏振态；第一光环形器5，用于将主激光器1发出的第一部分光通过端口b注入从激光器6，同时将从激光器6输出的非线性光谱通过端口c输出至单模光纤7；从激光器6，用于在第一部分光的注入下产生等频率间隔的非线性光谱P1，同时直调从激光器6能够实现中频信号IF的上变频；单模光纤7，作为受激布里渊散射作用的非线性介质，泵浦光与从激光器6产生的非线性光谱P1在单模光纤7中相向传输，在受激布里渊散射的作用下，产生单边带光载微波信号经由第二光环形器11端口c输出；马赫增德尔调制器8，用于调制主激光器1输出的第二部分光得到载波抑制双边带调制光谱，作为受激布里渊散射的泵浦光；光放大器9，用于放大泵浦光的光功率；第二可调光衰减器10，用于调节注入单模光纤7中的泵浦光功率；第二光环形器11，用于将经第二可调光衰减器10调节后泵浦光经由端口b注入单模光纤7，使泵浦光与从激光器6产生的P1光谱在单模光纤7中相向传输，并将相向传输的非线性光谱P1输出至第二光耦合器12；第二光耦合器12，用于将光纤中受激布里渊散射作用后的非线性光谱P1分成两束激光，一束输出至光谱分析仪13进行分析，另一束输出至光电探测器14，探测得到的电信号输出至频谱分析仪15进行分析。
上述方案中，所述主激光器1的输出端口连接第一光耦合器2的端口a。
上述方案中，所述第一可调光衰减器3的输入端连接于第一光耦合器2端口b，第一可调光衰减器3的输出端连接于光偏振控制器4的输入端。
上述方案中，所述光偏振控制器4的输出端连接第一光环形器5端口a。
上述方案中，所述从激光器6输出端口连接第一光环形器5端口b，在主激光器1的第一部分光的注入下，从激光器6能够产生各种非线性光谱，通过控制注入光的失谐频率、功率及偏振态来得到所需的等频率间隔 的多谱线光谱P1。
上述方案中，所述单模光纤7的一端连接第一光环形器5端口c，单模光纤7的另一端连接第二光环行器11端口b。
上述方案中，所述马赫增德尔调制器8输入端口连接第一光耦合器2端口c，输出端口连接光放大器9的输入端口；马赫增德尔调制器8被偏置在零传输点，第二部分光在射频信号RF的调制下，产生载波抑制双边带调制光谱(CS-DSB)，作为受激布里渊散射的泵浦光。
上述方案中，所述光放大器9的输出端口连接第二可调光衰减器10的输入端，所述第二可调光衰减器10输出端连接第二光环形器11端口a。
上述方案中，所述第二光环形器11的c端口连接所述第二光耦合器12的端口a，使得单模光纤7输出的单边带光载微波信号在所述第二光耦合器12中被分束为第一部分信号光与第二部分信号光；所述第二光耦合器12端口b连接所述光谱分析仪13，使得第一部分信号光输入所述光谱分析仪13来分析其光谱特性；所述第二光耦合器12端口c连接所述光电探测器14，所述光电探测器14将输入的第二部分信号光转换为电信号输入所述频谱分析仪15来分析其电信号特性。
上述方案中，所述第一光耦合器2和所述第二光耦合器12的分光比均为50％:50％，所述主激光器1和所述从激光器6均为单模分布式反馈激光器。
上述方案中，所述马赫增德尔调制器的射频调制信号频率νRF应该比非线性光谱P1的光频率间隔νP1小一个布里渊频移量νB，即
νRF＝νP1-νB。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明提供的基于受激布里渊散射和光注入半导体激光器技术的单边带光载微波信号产生装置，通过光注入半导体激光器产生等频率间隔的多谱线梳状光谱P1，然后利用主激光器分束得到的另一束激光调制得到载波抑制双边带光谱(CS-DSB)作为泵浦光，受激布里渊散射放大主激光器光波长附近的一个边带，衰减另一个边带，从而得到单边带光载 微波信号。
2、利用本发明提供的基于受激布里渊散射和光注入半导体激光器技术的单边带光载微波信号产生装置，调节注入参数实现光频率间隔的连续可调，同时调节马赫增德尔调制器的调制频率，可实现单边带光载微波信号频率连续可调。
3、利用本发明提供的基于受激布里渊散射和光注入半导体激光器技术的单边带光载微波信号产生装置，直调从激光器，可实现中频信号的上变频。
附图说明
图1是本发明提供的基于受激布里渊散射(SBS)和光注入半导体激光器技术的单边带光载微波信号产生装置的示意图；
图2(a)至图2(c)是基于受激布里渊散射(SBS)的单边带光载微波信号产生原理图。
附图标记：
1 主激光器 2 第一光耦合器
3 第一可调光衰减器 4 光偏振控制器
5 第一光环形器 6 从激光器
7 单模光纤 8 马赫增德尔调制器
9 光放大器 10 第二可调光衰减器
11 第二光环形器 12 第二光耦合器
13 光谱分析仪 14 光电探测器
15 频谱分析仪
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是本发明提供的基于受激布里渊散射(SBS)和光注入半导体激光器技术的单边带光载微波信号产生装置的示意图。如图1所示，该基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置包括：主激光器1(ML: master laser)、第一光耦合器2、第二光耦合器12、第一可调光衰减器3、第二可调光衰减器10、光偏振控制器4、第一光环形器5、第二光环形器11、从激光器6(SL:slave laser)、单模光纤7、马赫增德尔调制器8、光放大器9、光谱分析仪13、光电探测器14和频谱分析仪15。
其中，主激光器1用于产生激光，其输出端口连接第一光耦合器2的端口a；
第一光耦合器2用于对主激光器1产生的激光进行分束，将主激光器1发出的激光分成第一部分光和第二部分光，其中第一部分光作为注入激光通过第一光耦合器2的端口b进入第一可调光衰减器3，最终注入从激光器6；第二部分光作为受激布里渊散射的泵浦光通过第一光耦合器2的端口c进入马赫增德尔调制器8被RF信号调制；
第一可调光衰减器3用于调节注入从激光器6的第一部分光的光功率，第一可调光衰减器3输入端连接于第一光耦合器2端口b，第一可调光衰减器3的输出端连接于光偏振控制器4的输入端；
光偏振控制器4用于调节注入从激光器6的第一部分光的光偏振态，光偏振控制器4的输出端连接第一光环形器5端口a；
第一光环形器5用于将主激光器1发出的第一部分光通过端口b注入从激光器6，同时将从激光器6输出的非线性光谱通过端口c输出至单模光纤7；
从激光器6用于在第一部分光的注入下产生等频率间隔的非线性光谱P1，同时直调从激光器6能够实现中频信号IF的上变频；从激光器6输出端口连接第一光环形器5端口b，在主激光器1的第一部分光的注入下，从激光器6能够产生各种非线性光谱，通过控制注入光的失谐频率、功率、偏振态来得到所需的等频率间隔的多谱线光谱P1；
单模光纤7，作为受激布里渊散射作用的非线性介质，泵浦光与上述从激光器6产生的非线性光谱P1在单模光纤7中相向传输，在光纤中受激布里渊散射效应的作用下，产生单边带光载微波信号，并经由第二光环形器11端口c输出；单模光纤7一端连接第一光环形器5端口c，单模光纤7另一端连接第二光环行器11端口b；
马赫增德尔调制器8，用于调制主激光器1输出的第二部分光得到载 波抑制双边带调制光谱，作为受激布里渊散射的泵浦光；马赫增德尔调制器8输入端口连接第一光耦合器2端口c，输出端口连接光放大器9的输入端口；马赫增德尔调制器8被偏置在零传输点，第二部分光在射频信号RF的调制下，产生载波抑制双边带调制光谱(CS-DSB)，作为受激布里渊散射的泵浦光；
光放大器9用于放大泵浦光的光功率；光放大器9的输出端口连接第二可调光衰减器10的输入端；
第二可调光衰减器10用于调节注入单模光纤7中的泵浦光功率；第二可调光衰减器10输出端连接第二光环形器11端口a；
第二光环形器11，用于将经第二可调光衰减器10调节后泵浦光经由端口b注入单模光纤7，使泵浦光与从激光器6产生的P1光谱在单模光纤7中相向传输，并将相向传输的非线性光谱P1输出至第二光耦合器12；
第二光耦合器12，用于将光纤中受激布里渊散射作用后的非线性光谱P1分成两束激光，一束输出至光谱分析仪13进行分析，另一束输出至光电探测器14，探测得到的电信号输出至频谱分析仪15进行分析。
如图1所示，第二光环形器11的c端口连接第二光耦合器12的端口a，使得单模光纤7输出的单边带光载微波信号在第二光耦合器12中被分束为第一部分信号光与第二部分信号光；第二光耦合器12端口b连接光谱分析仪13，使得第一部分信号光输入光谱分析仪13来分析其光谱特性；第二光耦合器12端口c连接光电探测器14，光电探测器14将输入的第二部分信号光转换为电信号输入频谱分析仪15来分析其电信号特性。
其中，第一光耦合器2和第二光耦合器12的分光比均为50％:50％。主激光器1和从激光器6均为单模分布式反馈激光器。
如图1所示，主激光器1和从激光器6构成基本的光注入系统，通过第一可调光衰减器3调节注入光功率，通过光偏振控制器4调节注入光偏振态，通过改变主、从激光器的光波长调节主、从激光器的失谐频率，可获得如图2(a)所示的P1光谱，P1光谱为等频率间隔的多谱线梳状光谱，失谐频率νi表示主激光器与从激光器光波长的频率差：νi＝νML-νSL，其中νML表示主激光器频率，νSL表示从激光器频率。
图中箭头所示为主激光器激光的频率，当调节注入参数获得P1光谱 后，调节注入光功率，可连续调节多谱线光谱的频率间隔νP1。
如图1所示，主激光器1分束之后的第二部分激光的支路，由马赫增德尔调制器8、光放大器9、第二可调光衰减器10构成受激布里渊散射泵浦光的产生系统。马赫增德尔调制器8偏置在零输出点，使输入的第二部分激光在射频信号RF的调制下得到如图2(b)所示的载波抑制双边带调制信号(CS-DSB)，两个边带与抑制了的光载波的频率间隔为νRF。由于受激布里渊散射只在泵浦光频移±νB的光频处具有增益或衰减效应，所以要调节νRF，使得：νRF＝νP1-νB，即马赫增德尔调制器的射频调制信号频率νRF应该比非线性光谱P1的光频率间隔νP1小一个布里渊频移量νB。
如图2(c)所示，在非线性介质单模光纤7中，从激光器6产生的光谱P1在相向传输的CS-DSB泵浦光的作用下，产生图2(c)所示单边带光载微波信号，相比图2(a)可知在光纤中受激布里渊散射效应的作用下，主激光器频率左侧的低频边带被放大，右侧的高频边带被衰减。
本发明提供的这种基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，通过调节主激光器与从激光器的波长来调节主激光器和从激光器的频率间隔，通过调节第一可调光衰减器来调节注入从激光器的第一束激光的光功率，通过调节光偏振控制器来调节第一束激光的偏振态，通过上述三种调节方式，使从激光器产生等频率间隔的非线性光谱P1，其中当从激光器处于P1状态时，调节注入光功率可实现多谱线频率间隔的连续可调，即得到连续可调的光载微波信号。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，包括：
主激光器(1)，用于产生激光；
第一光耦合器(2)，用于将主激光器(1)发出的激光分成第一部分光和第二部分光，第一部分光作为注入激光通过第一光耦合器(2)进入第一可调光衰减器(3)，最终注入从激光器(6)；第二部分光作为受激布里渊散射的泵浦光通过第一光耦合器(2)进入马赫增德尔调制器(8)被RF信号调制；
第一可调光衰减器(3)，用于调节注入从激光器(6)的第一部分光的光功率；
光偏振控制器(4)，用于调节注入从激光器(6)的第一部分光的光偏振态；
第一光环形器(5)，用于将主激光器(1)发出的第一部分光通过端口b注入从激光器(6)，同时将从激光器(6)输出的非线性光谱通过端口c输出至单模光纤(7)；
从激光器(6)，用于在第一部分光的注入下产生等频率间隔的非线性光谱P1，同时直调从激光器(6)能够实现中频信号IF的上变频；
单模光纤(7)，作为受激布里渊散射作用的非线性介质，泵浦光与从激光器(6)产生的非线性光谱P1在单模光纤(7)中相向传输，在受激布里渊散射的作用下，产生单边带光载微波信号并经由第二光环形器(11)端口c输出；
马赫增德尔调制器(8)，用于调制主激光器(1)输出的第二部分光得到载波抑制双边带调制激光，作为受激布里渊散射的泵浦光；
光放大器(9)，用于放大泵浦光的光功率；
第二可调光衰减器(10)，用于调节注入单模光纤(7)中的泵浦光功率；
第二光环形器(11)，用于将第二可调光衰减器(10)调节后的泵浦光经由端口b注入单模光纤(7)，使泵浦光与从激光器(6)产生的P1光谱在单模光纤(7)中相向传输，并将相向传输的非线性光谱P1输出至第二光耦合器(12)；
第二光耦合器(12)，用于将光纤中受激布里渊散射作用后的非线性光谱P1分成两束激光，一束输出至光谱分析仪(13)进行分析，另一束输出至光电探测器(14)，探测得到的电信号输出至频谱分析仪(15)进行分析；
其中，所述马赫增德尔调制器(8)的射频调制信号频率vRF应该比非线性光谱P1的光频率间隔νP1小一个布里渊频移量νB，即νRF＝vP1-vB。
2.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，
所述主激光器(1)的输出端口连接第一光耦合器(2)的端口a；
所述第一可调光衰减器(3)的输入端连接于第一光耦合器(2)端口b，第一可调光衰减器(3)的输出端连接于光偏振控制器(4)的输入端。
3.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，所述光偏振控制器(4)的输出端连接第一光环形器(5)端口a。
4.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，所述从激光器(6)输出端口连接第一光环形器(5)端口b，在主激光器(1)的第一部分光的注入下，从激光器(6)能够产生各种非线性光谱，通过控制注入光的失谐频率、功率及偏振态来得到所需的等频率间隔的多谱线光谱P1。
5.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，所述单模光纤(7)的一端连接第一光环形器(5)端口c，单模光纤(7)的另一端连接第二光环行器(11)端口b。
6.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，所述马赫增德尔调制器(8)输入端口连接第一光耦合器(2)端口c，输出端口连接光放大器(9)的输入端口；马赫增德尔调制器(8)被偏置在零传输点，第二部分光在射频信号RF的调制下，产生载波抑制双边带调制光谱(CS-DSB)，作为受激布里渊散射的泵浦光。
7.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，所述光放大器(9)的输出端口连接第二可调光衰减器(10)的输入端，所述第二可调光衰减器(10)输出端连接第二光环形器(11)端口a。
8.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，
所述第二光环形器(11)的c端口连接所述第二光耦合器(12)的端口a，使得单模光纤(7)输出的单边带光载微波信号在所述第二光耦合器(12)中被分束为第一部分信号光与第二部分信号光；
所述第二光耦合器(12)端口b连接所述光谱分析仪(13)，使得第一部分信号光输入所述光谱分析仪(13)来分析其光谱特性；
所述第二光耦合器(12)端口c连接所述光电探测器(14)，所述光电探测器(14)将输入的第二部分信号光转换为电信号输入所述频谱分析仪(15)来分析其电信号特性。
9.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射的单边带光载微波信号产生装置，其特征在于，所述第一光耦合器(2)和所述第二光耦合器(12)的分光比均为50％∶50％，所述主激光器(1)和所述从激光器(6)均为单模分布式反馈激光器。
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