CN104993875B - 高阶单边带光电调制器 - Google Patents

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Abstract

一种微波通信领域的高阶单边带光电调制器，由两个并联支路构成，其中：第一支路包括依次连接的带有双驱动的MZM、带有单驱动的MZM和90°移相器，第二支路包括依次连接的带有双驱动的MZM和带有单驱动的MZM，通过调整六路电信号的相对相差和射频信号的强度获得相应的二阶单边带调制效果。本发明能够实现二阶单边带调制以及三阶单边带调制，用于产生具有更大频率间隔的光频率梳，在WDM通信系统以及光频域反射计中能体现出良好的性能。

Description

高阶单边带光电调制器
技术领域
本发明涉及的是一种微波通信领域的技术，具体是一种高阶单边带光电调制器。
背景技术
单边带光电调制器在现代光纤通信系统以及光纤传感领域有极大的应用。由于单边带调制只保留一侧的边带，所以在波分复用(WDM)系统中比普通双边带调制有两倍的频带利用率，也对光学非线性效应有较强的抗性。另外一方面，单边带调制也可以用于构成循环移频装置recirculating frequency shifter(RFS)用于产生稳定平坦的光频率梳。这种稳定平坦的光频率梳可以用在WDM系统中，作为载波进行信号的调制。此外，光频率梳在光纤传感领域中也有着重要的应用：例如在光频率反射计OFDR中，光频率梳可以用于增加基于外部调制原理的扫频光源的扫频范围，从而增加传感的空间分辨率。
现有的马赫增德尔干涉仪(MZM)结构的铌酸锂集成单边带调制器如图1所示，是通过改变两路射频信号的相差以及控制相移器的相移量来实现单边带调制[Shimotsu S,Oikawa S,Saitou T,et al.Single side‐band modulation performance of a LiNbO3integrated modulator consisting of four‐phase modulator waveguides[J].Photonics Technology Letters,IEEE,2001,13(4):364‐366.]。这种单边带调制器可以用在RFS结构中作为移频的基本器件，来产生稳定平坦的光频率梳。产生光梳原理如图2所示。当激光进入这种环路结构后，就会进行连续的单边带调制，在耦合器的右端就会有光频率梳产生，其中光频率梳的每个载波之间的间隔等于驱动单边带调制器的射频信号的频率。产生的光频率梳可以用于增大基于外调制原理的扫频光源的扫频范围，而光频域反射计的空间分辨率跟扫频光源的扫频范围成正比[F.Tian,X.Zhang,J.Li,and L.Xi,J.Lightwave Technol.29,1085‐1091(2011)]，但是扫频范围的放大倍数会受到光频率梳有限的间隔所影响，因为在扫频过程中，高阶边带扫频会发生重合而不能使用。
此外在WDM系统中，每个载波传输的信号带宽会受到载波间隔的限制，例如如果载波间隔为20GHz，那么载波所能传输的信号带宽最大为10Gbit/s，否则载波间会产生信号干扰。针对现有技术瓶颈。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103368654A公开(公告)日2013.10.23，公开了一种基于双驱动双平行马赫曾德尔调制器(Dual‐Parallel Mach‐Zehnder Modulator,DPMZM)的微波光子链路的宽带线性化方法，包括：1)在发射端，电信号部分，控制输入双驱动DPMZM的两个子MZM的四个电极之间的电信号相位关系；2)在发射端，光电调制部分，控制DPMZM子MZM的偏置点；3)在接收端，采用直接检测，光电二极管(Photodiode,PD)光电转换后，实现宽带线性化；根据以上三点实现宽带线性化的强度调制直接检测微波光子链路。但该技术无法直接用于实现高阶(2阶单边带和3阶单边带)调制信号的产生，同样地，该技术更无法实现相应光频率梳的产生，特别是无法实现频率间隔达到50GHz以上的光频率梳产生。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种高阶单边带光电调制器，能够实现二阶单边带调制以及三阶单边带调制，用于产生具有更大频率间隔的光频率梳，在WDM通信系统以及光频域反射计中能体现出良好的性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种高阶单边带光电调制器，由两个并联支路构成，其中：第一支路包括依次连接的带有双驱动的MZM、带有单驱动的MZM和90°移相器，第二支路包括依次连接的带有双驱动的MZM和带有单驱动的MZM，通过调整六路电信号的相对相差和射频信号的强度获得相应的二阶单边带调制效果。
所述的带有双驱动的MZM包括：一个射频信号发生器构成的子支路以及一个射频信号发生器串联光学相位调制器构成的子支路并联而成。
所述的带有双驱动的MZM中优选进一步设有一并联光路，从而构成三叉马赫增德尔干涉仪。
所述的带有单驱动的MZM包括：一个射频信号发生器构成的子支路以及一个光学相位调制器构成的子支路并联而成。
所述的高阶单边带光电调制器的输入端与窄线宽激光器相连，该窄线宽激光器输出的激光源波长为155.52nm，功率为0dBm。
所述的马赫增德尔强度调制器带宽超过30GHz。
所述的光学相位调制器用于引入特定的附加相位，插入损耗不超过3dB。
所述的射频信号发生器用于驱动强度调制器，产生正弦信号带宽最大超过25GHz。
所述的电学移相器用于对电信号移相使得各路电信号具有固定的相对相位差。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够直接基于射频信号的驱动实现高阶单边带信号的产生、能够突破在高速射频信号的基础上，实现频率间隔增大2倍甚至3倍的高质量光频率梳，从而能够突破电子瓶颈对光频率梳产生的频率间隔限制。
附图说明
图1为现有单边带调制的结构示意图。
图2为循环移频器结构示意图。
图中：TL为窄线宽激光器、SSB为单边带调制器、BPF为光带通滤波器、EDFA为掺铒光纤放大器。
图3为实施例中二阶单边带结构示意图。
图4为实施例中三阶单边带结构示意图。
图5为实施例中二阶单边带光谱图。
图6为实施例中二阶单边带构成的循环移频器光谱图，载波频率间隔被提高了一倍。
图7为插入损耗和边带抑制比的关系图。
图8为实施例1效果示意图。
图9为实施例中载波分量光谱图。
图10为实施例中二阶单边带光谱图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。以下实施例在VPItransmissionMaker平台进行仿真计算得到。
实施例1
如图3所示，本实施例涉及一种高阶单边带光电调制器，由两个并联支路构成，其中：第一支路包括依次连接的带有双驱动的MZM、带有单驱动的MZM和90°移相器，第二支路包括依次连接的带有双驱动的MZM和带有单驱动的MZM，通过调整六路电信号的相对相差和射频信号的强度获得相应的二阶单边带调制效果。
所述的带有双驱动的MZM包括：一个射频信号发生器构成的子支路以及一个射频信号发生器串联光学相位调制器构成的子支路并联而成。
所述的带有单驱动的MZM包括：一个射频信号发生器构成的子支路以及一个光学相位调制器构成的子支路并联而成。
所述的高阶单边带光电调制器的输入端与窄线宽激光器相连，该窄线宽激光器输出的激光源波长为155.52nm，功率为0dBm。
本实施例中射频信号频率为10GHz。当射频信号强度为调制器半波电压的0.08倍时，得到的二阶单边带调制的边带抑制比超过40dB，载波的光损耗为56dB，图5为调制后的光谱图；实施例中调高射频信号强度，在边带抑制比降低同时，可以获得较小的功率损耗；
当调整射频信号的强度为调制器半波电压的0.2倍时，获得插入损耗为27dB，相应的边带抑制比为17dB，图6为调制后的光谱图。
如图7所示，经过多次改变射频信号的强度，获得了二阶单边带调制器的插入损耗和边带抑制比的关系图。
本实施例根据图2的结构，采用具有33dB的边带抑制比的二阶单边带调制器作为移频器件，其中射频信号的频率为25GHz，获得的光频率梳间隔为50GHz，相应的光谱图见图8。
实施例2
如图4所示，本实施例采用两个三叉马赫增德尔干涉仪替换实施例1中的带有双驱动的MZM，并且与两个带有单驱动的MZM进行相应的连接，通过调整六路电信号的相对相差和射频信号的强度来获得相应的三阶单边带调制效果。
所述的三叉马赫增德尔干涉仪包括：一个射频信号发生器构成的子支路、一个射频信号发生器串联光学相位调制器构成的子支路以及一个直连光路并联而成。
所述的高阶单边带光电调制器的输入端与窄线宽激光器相连，该窄线宽激光器输出的激光源波长为155.52nm，功率为0dBm。
本实施例中射频信号频率为10GHz，为达到三阶单边带调制的效果，在三分支的马赫增德尔干涉仪的输出端口必须有三个等强度的载波分量，如图9所示。
当射频信号强度为调制器半波电压的0.08倍时，得到的二阶单边带调制的边带抑制比超过40dB，载波的光损耗为46dB，如图10所示。
本实施例通过调整驱动马赫增德尔调制器的射频信号的强度，获得三阶单边带调制的插入损耗和边带抑制比的关系，如图7所示，在一定范围内，随着边带抑制比的增加，插入损耗也呈现线性增加的趋势。

Claims (5)

1.一种高阶单边带光电调制器，其特征在于，由两个并联支路构成，其中：第一支路包括依次连接的带有双驱动的MZM、带有单驱动的MZM和90°移相器，第二支路包括依次连接的带有双驱动的MZM和带有单驱动的MZM，通过调整两个并联支路共六路电信号的相对相差和射频信号的强度获得相应的二阶单边带调制效果。
2.根据权利要求1所述的高阶单边带光电调制器，其特征是，所述的带有双驱动的MZM包括：一个射频信号发生器构成的子支路以及一个射频信号发生器串联光学相位调制器构成的子支路并联而成。
3.根据权利要求1所述的高阶单边带光电调制器，其特征是，所述的带有双驱动的MZM中设有一并联光路，从而构成三叉马赫增德尔干涉仪。
4.根据权利要求1所述的高阶单边带光电调制器，其特征是，所述的带有单驱动的MZM包括：一个射频信号发生器构成的子支路以及一个光学相位调制器构成的子支路并联而成。
5.根据权利要求1所述的高阶单边带光电调制器，其特征是，所述的高阶单边带光电调制器的输入端与窄线宽激光器相连，该窄线宽激光器输出的激光源波长为155.52nm，功率为0dBm。
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