CN107819520B - 一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置 - Google Patents

一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置 Download PDF

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Abstract

一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，解决了传统基于光学外部调制器的奈奎斯特波形发生装置，无法利用频率较低的驱动信号产生具备较高重复频率(驱动频率二倍以上)的奈奎斯特波形的问题。该装置能够通过光学的方法产生奈奎斯特波形，无需滤波器件，可利用频率较低的驱动信号产生具备较高重复频率(驱动频率二倍以上)的奈奎斯特波形，所产生奈奎斯特波形的重复频率四倍于本振源提供的驱动信号频率，并且重复频率可调节，极大降低了对本振源峰值频率的要求，从而成倍降低了波形发生器的器件成本，对下一代基于奈奎斯特波形的高速、大容量全光复用通信系统十分有益。特别适用于基于奈奎斯特波形的全光复用通信系统、雷达和卫星通信等技术领域。

Description

一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置
技术领域
本发明涉及一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，适用于基于奈奎斯特波形的全光复用通信系统、雷达和卫星通信等技术领域。
背景技术
随着高速、大容量通信系统的快速发展，基于奈奎斯特波形的全光复用通信系统，逐渐受到越来越广泛的关注。例如基于奈奎斯特波形的光时分复用系统，能够成倍扩展通信系统容量，对于未来全光通信网络极为有益。
利用光学的方法生成奈奎斯特波形，相比于基于电子学的方法，有其独特的优势，包括所用器件简单、性价比高、系统小型化等等，其中最重要的一点是能够有效克服基于电子学器件所带来的电子瓶颈问题，对于提升系统性能以及应用范围十分有益。
目前利用光学方法生成奈奎斯特波形，主要有波形整形、时域映射以及外部调制等方法。利用基于马赫增德尔调制器的外部调制方案实现奈奎斯特波形产生，凭借其结构简单，容易实现以及稳定性强等特点，逐渐成为主流。中国专利，专利号201710134363.8，提出了一种多功能毫米波、奈奎斯特波形、三角波形光学发生装置；中国专利，专利号201510924381.7，提出了一种占空比可调节的奈奎斯特波形光学发生装置；中国专利，专利号201510922916.7提出了一种多功能毫米波、奈奎斯特波形光学发生装置。然而，目前利用外部调制技术产生奈奎斯特波形，所生成奈奎斯特波形重复频率往往与本振源所提供的驱动信号频率相同或二倍于驱动信号频率。这在当前商业高频本振源价格较为昂贵并且占波形发生器主要器件成本的情况下，无形增加了高速奈奎斯特波形的生成成本，对于未来高速率复用通信系统的普及十分不益。
本专利提出了一种四倍频奈奎斯特波形光学发生方案，能够通过光学的方法产生奈奎斯特波形，无需滤波器件，可利用频率较低的驱动信号产生具备较高重复频率(驱动频率二倍以上)的奈奎斯特波形，所产生奈奎斯特波形的重复频率四倍于本振源提供的驱动信号频率，并且重复频率可调节，极大降低了对本振源峰值频率的要求，从而成倍降低了波形发生器的器件成本，对下一代基于奈奎斯特波形的高速、大容量全光复用通信系统十分有益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统基于光学外部调制器的奈奎斯特波形发生装置，无法利用频率较低的驱动信号产生具备较高重复频率(驱动频率二倍以上)的奈奎斯特波形的问题。
本发明的技术方案为：
一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，其特征在于该装置通过光学的方法产生奈奎斯特波形，无需滤波器件，能够利用频率较低的驱动信号产生具备较高重复频率(驱动频率二倍以上)的奈奎斯特波形，所产生奈奎斯特波形的重复频率四倍于本振源提供的驱动信号频率，并且重复频率可调节；
其装置包括：连续激光器，本振源，1×2电桥，双平行马赫增德尔调制器，电移相器，1×2分光器，光电探测器，相位调制器；
具体连接方式为：
连续激光器的输出端连接双平行马赫增德尔调制器光输入端，本振源的输出端连接1×2电桥的输入端，1×2电桥的两个输出端分别连接马赫增德尔调制器上臂电输入端与电移相器的输入端，电移相器的输出端连接马赫增德尔调制器下臂电输入端，马赫增德尔调制器的输出端连接1×2分光器的输入端，1×2分光器的两个输出端分别连接光电探测器的输入端和相位调制器的光输入端，光电探测器的输出端连接相位调制器的电输入端；
装置运行过程中器件参数为：双平行马赫增德尔调制器集成于上下两臂的子调制器均偏置于最大偏置点，核心调制器偏置于最小偏置点，电移相器提供90度相移；
装置奈奎斯特波形重复频率调节方式为：装置所生成的奈奎斯特波形重复频率与本振源提供的驱动信号频率正相关，通过调节本振源提供的驱动信号频率，可实现所生成的奈奎斯特波形重夏频率调节。
本发明的有益效果具体如下：
本发明所述的一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，通过光学的方法产生奈奎斯特波形，无需滤波器件，能够利用频率较低的驱动信号产生具备较高重复频率(驱动频率二倍以上)的奈奎斯特波形，所产生奈奎斯特波形的重复频率四倍于本振源提供的驱动信号频率，并且重复频率可调节，极大降低了对本振源峰值频率的要求，从而成倍降低了波形发生器的器件成本，对下一代基于奈奎斯特波形的高速、大容量全光复用通信系统十分有益。
附图说明
图1为一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置结构示意图。
图2为相位调制器输出端频谱图。
图3为相位调制器输出端时域波形图。
具体实施方式
下面结合附图对一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置作进一步描述。
实施方式一：
一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，如图1所示其装置包括：连续激光器1，本振源2，1×2电桥3，双平行马赫增德尔调制器4，电移相器5，1×2分光器6，光电探测器7，相位调制器8；
具体连接方式为：
连续激光器1的输出端连接双平行马赫增德尔调制器4光输入端，本振源2的输出端连接1×2电桥3的输入端，1×2电桥3的两个输出端分别连接马赫增德尔调制器4上臂电输入端与电移相器5的输入端，电移相器5的输出端连接马赫增德尔调制器4下臂电输入端，马赫增德尔调制器4的输出端连接1×2分光器6的输入端，1×2分光器6的两个输出端分别连接光电探测器7的输入端和相位调制器8的光输入端，光电探测器7的输出端连接相位调制器8的电输入端；
装置运行过程中器件参数为：双平行马赫增德尔调制器4集成于上下两臂的子调制器均偏置于最大偏置点，核心调制器偏置于最小偏置点，电移相器5提供90度相移；
装置奈奎斯特波形重复频率调节方式为：装置所生成的奈奎斯特波形重复频率与本振源2提供的驱动信号频率正相关，通过调节本振源2提供的驱动信号频率，可实现所生成的奈奎期特波形重复频率调节。
本实施例中，连续激光器1的工作波长为1550nm，本振源2输出驱动信号频率在1GHz至2GHz之间连续变化，1×2电桥3为普通商用电桥，双平行马赫增德尔调制器4按照运行过程中器件参数设置，响应频率大于2GHz，电移相器5提供90度相移，1×2分光器6为普通商用分光器，光电探测器7为10GHz商用器件，相位调制器8频率相应大于8GHz，按照具体连接方式，将器件依次连接，相位调制器8输出端的频谱如图2，所示，装置产生的光信号在频域表示为具备4条谱线的矩形光学频率梳，其边带间隔四倍于本振源所提供驱动信号频率，相位调制器8输出端的时域波形即为奈奎斯特波形，如图3所示，装置产生的奈奎斯特波形重复频率与矩形光学频率梳边带间隔相等，即四倍于本振源所提供驱动信号频率，因此实现了四倍频奈奎斯特波形生成，按照奈奎斯特波形重复频率调节方式，使得本振源2输出驱动信号频率在1GHz至2GHz之间连续变化，可实现矩形光学频率梳边带间隔在4GHz至8GHz之间连续变化，从而实现了奈奎斯特波形重复频率可在4GHz至8GHz连续调节。
实施方式二：
一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，如图1所示其装置包括：连续激光器1，本振源2，1×2电桥3，双平行马赫增德尔调制器4，电移相器5，1×2分光器6，光电探测器7，相位调制器8；
具体连接方式为：
连续激光器1的输出端连接双平行马赫增德尔调制器4光输入端，本振源2的输出端连接1×2电桥3的输入端，1×2电桥3的两个输出端分别连接马赫增德尔调制器4上臂电输入端与电移相器5的输入端，电移相器5的输出端连接马赫增德尔调制器4下臂电输入端，马赫增德尔调制器4的输出端连接1×2分光器6的输入端，1×2分光器6的两个输出端分别连接光电探测器7的输入端和相位调制器8的光输入端，光电探测器7的输出端连接相位调制器8的电输入端；
装置运行过程中器件参数为：双平行马赫增德尔调制器4集成于上下两臂的子调制器均偏置于最大偏置点，核心调制器偏置于最小偏置点，电移相器5提供90度相移；
装置奈奎斯特波形重复频率调节方式为：装置所生成的奈奎斯特波形重复频率与本振源2提供的驱动信号频率正相关，通过调节本振源2提供的驱动信号频率，可实现所生成的奈奎斯特波形重复频率调节。
本实施例中，连续激光器1的工作波长为1549nm，本振源2输出驱动信号频率在1GHz至3GHz之间连续变化，1×2电桥3为普通商用电桥，双平行马赫增德尔调制器4按照运行过程中器件参数设置，响应频率大于3GHz，电移相器5提供90度相移，1×2分光器6为普通商用分光器，光电探测器7为15GHz商用器件，相位调制器8频率相应大于12GHz，按照具体连接方式，将器件依次连接，相位调制器8输出端的频谱如图2所示，装置产生的光信号在频域表示为具备4条谱线的矩形光学频率梳，其边带间隔四倍于本振源所提供驱动信号频率，相位调制器8输出端的时域波形即为奈奎斯特波形，如图3所示，装置产生的奈奎斯特波形重复频率与矩形光学频率梳边带间隔相等，即四倍于本振源所提供驱动信号频率，因此实现了四倍频奈奎斯特波形生成，按照奈奎斯特波形重复频率调节方式，使得本振源2输出驱动信号频率在1GHz至3GHz之间连续变化，可实现矩形光学频率梳边带间隔在4GHz至12GHz之间连续变化，从而实现了奈奎斯特波形重复频率可在4GHz至12GHz连续调节。
实施方式三：
一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置，如图1所示其装置包括：连续激光器1，本振源2，1×2电桥3，双平行马赫增德尔调制器4，电移相器5，1×2分光器6，光电探测器7，相位调制器8；
具体连接方式为：
连续激光器1的输出端连接双平行马赫增德尔调制器4光输入端，本振源2的输出端连接1×2电桥3的输入端，1×2电桥3的两个输出端分别连接马赫增德尔调制器4上臂电输入端与电移相器5的输入端，电移相器5的输出端连接马赫增德尔调制器4下臂电输入端，马赫增德尔调制器4的输出端连接1×2分光器6的输入端，1×2分光器6的两个输出端分别连接光电探测器7的输入端和相位调制器8的光输入端，光电探测器7的输出端连接相位调制器8的电输入端；
装置运行过程中器件参数为：双平行马赫增德尔调制器4集成于上下两臂的子调制器均偏置于最大偏置点，核心调制器偏置于最小偏置点，电移相器5提供90度相移；
装置奈奎斯特波形重复频率调节方式为：装置所生成的奈奎斯特波形重复频率与本振源2提供的驱动信号频率正相关，通过调节本振源2提供的驱动信号频率，可实现所生成的奈奎斯特波形重复频率调节。
本实施例中，连续激光器1的工作波长为1551nm，本振源2输出驱动信号频率在1GHz至5GHz之间连续变化，1×2电桥3为普通商用电桥，双平行马赫增德尔调制器4按照运行过程中器件参数设置，响应频率大于5GHz，电移相器5提供90度相移，1×2分光器6为普通商用分光器，光电探测器7为20GHz商用器件，相位调制器8频率相应大于20GHz，按照具体连接方式，将器件依次连接，相位调制器8输出端的频谱如图2所示，装置产生的光信号在频域表示为具备4条谱线的矩形光学频率梳，其边带间隔四倍于本振源所提供驱动信号频率，相位调制器8输出端的时域波形即为奈奎斯特波形，如图3所示，装置产生的奈奎斯特波形重复频率与矩形光学频率梳边带间隔相等，即四倍于本振源所提供驱动信号频率，因此实现了四倍频奈奎斯特波形生成，按照奈奎斯特波形重复频率调节方式，使得本振源2输出驱动信号频率在1GHz至5GHz之间连续变化，可实现矩形光学频率梳边带间隔在4GHz至20GHz之间连续变化，从而实现了奈奎斯特波形重复频率可在4GHz至20GHz连续调节。
以上所述实施方案仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，激光器工作波长不限于1549nm、1550nm以及1551nm，所生成奈奎斯特波形重复频率可调节范围不限于4GHz至20GHz，这些等同变形和替换以及激光器工作波长、本振源输出驱动信号频率和其他器件参数的调整也应视为本专利的保护范围。

Claims (1)

1.一种四倍频奈奎斯特波形光学发生装置,其特征在于该装置通过光学的方法产生奈奎斯特波形，无需滤波器件，能够利用低频率驱动信号产生具备高重复频率的奈奎斯特波形，所产生奈奎斯特波形的重复频率四倍于本振源提供的驱动信号频率，并且重复频率可调节；
其装置包括：连续激光器(1)，本振源(2)，1×2电桥(3)，双平行马赫增德尔调制器(4)，电移相器(5)，1×2分光器(6)，光电探测器(7)，相位调制器(8)；
具体连接方式为：
连续激光器(1)的输出端连接双平行马赫增德尔调制器(4)光输入端，本振源(2)的输出端连接1×2电桥(3)的输入端，1×2电桥(3)的两个输出端分别连接马赫增德尔调制器(4)上臂电输入端与电移相器(5)的输入端，电移相器(5)的输出端连接马赫增德尔调制器(4)下臂电输入端，马赫增德尔调制器(4)的输出端连接1×2分光器(6)的输入端，1×2分光器(6)的两个输出端分别连接光电探测器(7)的输入端和相位调制器(8)的光输入端，光电探测器(7)的输出端连接相位调制器(8)的电输入端；
装置运行过程中器件参数为：双平行马赫增德尔调制器(4)中集成于其上下两臂的子调制器均偏置于最大偏置点，核心调制器偏置于最小偏置点，电移相器(5)提供90度相移；
装置所生成的奈奎斯特波形重复频率调节方式为：装置所生成的奈奎斯特波形重复频率与本振源(2)提供的驱动信号频率正相关，通过调节本振源(2)提供的驱动信号频率，可实现所生成的奈奎斯特波形重复频率调节。
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