CN105467625A

CN105467625A - 一种电光移频装置及其移频方法

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Publication number: CN105467625A
Application number: CN201610068457.5A
Authority: CN
Inventors: 张尚剑; 王恒; 邹新海; 刘俊伟; 张雅丽; 陆荣国; 刘永
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明属于光电子技术领域，公开了一种电光移频装置及其移频方法，用于解决现有电光移频方法存在的结构极为复杂的问题。本发明的电光移频装置，包括电光相位调制器和锯齿波发生器，所述电光相位调制器的光输入端接入待转换光信号，移频后的光信号由电光相位调制器的光输出端输出，锯齿波发生器的输出端连接到电光相位调制器的电输入端。本发明利用特定锯齿波信号驱动电光相位调制器获得电光移频，较传统的电光移频器，不论是器件结构还是信号驱动均大为简化，且具有转换效率高、移频频率可调的优点。

Description

一种电光移频装置及其移频方法

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种电光移频装置及其移频方法。

背景技术

光信号移频是光信号处理的重要手段之一，由于移频只是光信号的中心频率(或者中心波长)进行搬移，对于光信号的相位等重要信息没有影响，在光通信信号的传输、交换、上下路处理、备份以及光电子器件的测试分析有着广泛的应用前景。目前，具有高转换效率、频率可调、结构简单、集成化潜力的移频器需求越来越迫切。

目前，许多研究学者致力研究的移频原理主要包括原子移频、声光移频、电光移频。

原子移频主要基于作用介质中的原子能级相干性和转化光场之间的相位关联性和强度关联性进行相干反馈的拉曼散射来实现高效的频谱搬移，虽然原子移频器的频率移频很大，产生的频率移动转换光场可以是连续光场也可以是脉冲光场，在传播方向上会自动与未转换的入射光场空间分离，但是该移频方法面临结构复杂和转变效率低于50％的问题，严重限制了应用。

声光移频基于声光衍射发生的多普勒频移，声光移频工作稳定、移频效率较高，得到广泛的应用，成为目前最常用的移频器件，但是由于该器件需要实现声光换能的叉指电极结构，器件结构体积庞大、电极结构较为复杂、难以实现集成化和可调移频，其应用的局限性凸显。

电光移频基于电光效应工作，转换效率较高，调节容易且具有集成潜力的优点逐步得到研究学者的关注。比如：典型的电光移频器采用电光单边带调制和窄带带阻光滤波器构成，由于单边带调制需要对电光调制器施加具有特定相位差的两路电驱动信号、而窄带带阻滤波器要求只能滤除光载波，无论是电驱动信号还是光滤波器构造都极为复杂，因此在实际应用中仍面临着许多困难，亟待结构简单、驱动简单的光信号移频新方法。

发明内容

本发明为了解决现有电光移频方法存在的结构极为复杂的问题，而提供一种电光移频装置及其移频方法，具有高效率、频移可调、结构简单、易于集成的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电光移频装置，其特征在于，包括电光相位调制器和锯齿波发生器，所述电光相位调制器的光输入端接入待转换光信号，移频后的光信号由电光相位调制器的光输出端输出，锯齿波发生器的输出端连接到电光相位调制器的电输入端。

一种电光移频装置的电光移频方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)搭建电光移频装置，所述电光移频装置包括电光相位调制器和锯齿波发生器，所述电光相位调制器的光输入端接入待转换光信号，移频后的光信号由电光相位调制器的光输出端输出，锯齿波发生器的输出端连接到电光相位调制器的电输入端；

(2)设电光相位调制器的半波电压为V_π，锯齿波信号的频率为f_s、锯齿波信号的幅度为V_s，其中V_s＝2N*V_π，N为正整数；

(3)中心频率为f₀的待转换光信号输入到电光相位调制器，被步骤(2)中的锯齿波信号进行调制，产生N*f_s的移频量，即是说电光相位调制器的光输出端输出中心频率为f₀+N*f_s的移频光信号。

所述移频后的光信号电场强度为：

E (t) = A_{0} (t) \exp (j 2 {πf}_{0} t + j \frac{V_{s}}{V_{π}} {πf}_{s} t) = A_{0} (t) \exp [j 2 π (f_{0} + {Nf}_{s}) t]

上述式中：A₀(t)为待转换光信号的幅度包络，f₀为待转换光信号的中心频率，f_s为锯齿波信号的频率，锯齿波信号幅度V_s与电光相位调制器的半波电压V_π的关系为V_s＝2N*V_π。

所述频移量由N*f_s由锯齿波发生器的信号频率f_s和幅度V_s决定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用特定锯齿波信号驱动电光相位调制器获得电光移频，较传统的电光移频器，不论是器件结构还是信号驱动均大为简化，且具有转换效率高、移频频率可调的优点。

本发明基于电光相位调制结构，相比于原子移频、声光移频，更易于集成，为实现集成化电光移频器提供了技术途径。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1，本发明的电光移频装置，包括电光相位调制器和锯齿波发生器，所述电光相位调制器的光输入端接入待转换光信号，移频后的光信号由电光相位调制器的光输出端输出，锯齿波发生器的输出端连接到电光相位调制器的电输入端。

本发明的电光移频装置的电光移频方法，包括以下步骤：

所述移频后的光信号电场强度为：

E(t)＝A₀(t)exp(j2πf₀t+jmf_st)(1)

上述式中：其中t是时间，j表示复数，A₀(t)为待转换光信号的幅度包络，f₀为待转换光信号的中心频率，f_s为锯齿波信号的频率，m为电光相位调制器的调制系数，可表示为：

m = \frac{V_{s}}{V_{π}} π - - - (2);

V_s为锯齿波信号的幅度，V_π为电光相位调制器的半波电压。本发明采用锯齿波信号的幅值V_s需有特定的要求，设定为电光相位调制器半波电压V_π的2N倍，即V_s＝2N*V_π，N为正整数，则结合(2)式，(1)式可变为：

E (t) = A_{0} (t) \exp (j 2 {πf}_{0} t + j \frac{V_{s}}{V_{x}} {πf}_{s} t) = A_{0} (t) \exp [j 2 π (f_{0} + {Nf}_{s}) t] - - - (3) .

而待转换光信号输入时的电场强度为：

E₀(t)＝A₀(t)exp(j2πf₀t)

从式(3)中与待转换光信号输入时的电场强度进行对比，看出待转换光信号的中心频率发生了移动，移频量为锯齿波频率f_s的整数倍，从而本发明的电光移频装置的移频频率可以通过锯齿波信号的频率或者幅度来调节。

实施例一

一束频率为f₀＝193100GHz的待转换光信号送入到一个电光相位调制器进行调制，该电光相位调制器的半波电压V_π＝4.5V，一个锯齿波发生器输出锯齿波信号接入到电光相位调制器的电输入端，则改变锯齿波频率和幅值，使待转换光信号的频率实现相应的频移，获得一个可调电光移频装置。

锯齿波信号的驱动幅度设定为电光相位调制器半波电压的2倍，即N＝1时，V_s＝9V，锯齿波的频率设定为f_s＝0.1GHz。

根据公式E(t)＝A₀(t)exp[j2π(f₀+Nf_s)t]，即待转换光信号的频率相应发生了f_s＝0.1GHz的频移变化，则电光相位调制器输出193100.1GHz的移频光信号。

实施例二

锯齿波信号驱动幅度设定为电光相位调制器半波电压的4倍，即N＝2时，V_s＝18V，锯齿波的频率设定为f_s＝0.08GHz。根据公式E(t)＝A₀(t)exp[j2π(f₀+Nf_s)t]，即待转换光信号的频率相应发生了f_s＝0.16GHz的频移变化，则电光相位调制器输出193100.16GHz的移频光信号。

Claims

1.一种电光移频装置，其特征在于，包括电光相位调制器和锯齿波发生器，所述电光相位调制器的光输入端接入待转换光信号，移频后的光信号由电光相位调制器的光输出端输出，锯齿波发生器的输出端连接到电光相位调制器的电输入端。

2.一种电光移频装置的电光移频方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的电光移频装置的电光移频方法，其特征在于，所述移频后的光信号电场强度为：

E (t) = A_{0} (t) \exp (j 2 {πf}_{0} t + j \frac{V_{s}}{V_{π}} {πf}_{s} t) = A_{0} (t) \exp [j 2 π (f_{0} + {Nf}_{s}) t]

4.根据权利要求2所述的电光移频装置的电光移频方法，其特征在于，所述频移量由N*f_s由锯齿波发生器的信号频率f_s和幅度V_s决定。