CN109474340A - 一种产生八倍频光载毫米波的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生八倍频光载毫米波的装置和方法，包括激光二极管LD发出的光波经过集成调制器被射频信号调制，集成调制器由两个并行的MZM调制器构成，调制器都偏置在最大输出点，两个子调制器的射频驱动信号相位差为π，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π/2，由移相器实现；理想调制器的消光比无穷大，两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成4k（k=0,±1）阶边带；载波的幅度正比于零阶贝塞尔函数J0(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数，载波分量为零时，经过光纤传输后正4阶边带和负4阶边带在光电探测器PD拍频产生八倍频毫米波信号。本发明降低对调制器带宽的要求，产生八倍频光载毫米波。

Description

一种产生八倍频光载毫米波的方法及其装置
技术领域
本发明涉及光电信号处理方法，尤其涉及一种产生八倍频光载毫米波的方法及其装置。
背景技术
光纤无线通信RoF技术结合了光纤通信带宽大、传输距离长、成本低以及无线通信接入便捷的优势，而成为未来超宽带无线接入较为理想的通信方式。为了简化RoF系统配置、降低成本、需要在光域产生60GHz频率波段的毫米波信号。然而，受限于铌酸锂马赫-曾德尔调制器(MZM)较低的频率响应，直接将毫米波信号调制到光频上存在困难，需要采用多倍频技术产生高频光载毫米波。因此如何产生高质量的多倍频光载毫米波就成为了问题的突破口。
与四倍频或六倍频毫米波信号产生方案相比，八倍频方案可以产生更高频率的毫米波信号或进一步降低对调制器带宽的需要。已经报道的产生八倍频光载毫米波的方法有集成调制器法[Journal of Optical Networking,2008,7(10):837-845；光学学报，2014，4(3):0306004-1-8]、级联调制器法[IEEE Photonics Technology Letters,2010,22(1):24-26]、级联集成调制器法[Optics Express,2009,17(22):19749-19756]。
然而，上述产生八倍频光载毫米波的方法存在一些不足。采用集成调制器法或级联调制器法虽然结构简单，但由于商用MZM调制器的消光比有限会产生不需要的光边带而引起光边带抑制比OSSR下降，从而不能产生高质量的毫米波信号，需要使用额外的光滤波器抑制不需要的光边带，但这样又会妨碍这两种八倍频光载毫米波产生方法在波分复用WDM-RoF系统中的应用。采用级联集成调制器法虽然可以获得较高的光边带抑制比OSSR而产生高质量的毫米波，但这种方法需要两个集成调制器结构复杂、插入损耗大、成本较高。
发明内容
1、发明目的。
本发明提供一种无需光滤波器且能在商用调制器有限消光比条件下产生八倍频光载毫米波的方法和装置。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明提出了一种产生八倍频光载毫米波的装置，包括激光二极管LD、RF射频信号发生器、集成调制器、移相器、光电探测器；
激光二极管LD发出的光波经过集成调制器被射频信号调制，集成调制器由两个并行的MZM调制器构成，这两个MZM子调制器都偏置在最大输出点，两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π/2，由移相器实现；调制器的消光比无穷大，两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成4k阶边带，主要包括载波k＝0和±4阶边带k＝±1；载波的幅度正比于零阶贝塞尔函数J0(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0；当载波分量为零时，经过光纤传输后正4阶边带和负4阶边带在光电探测器PD拍频产生八倍频毫米波信号。
更进一步，所述的通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0，即m＝2.405。
更进一步，调制指数m＝5.52。
更进一步，调制指数m＝5.43。
本发明提出的一种产生八倍频光载毫米波的方法，激光二极管LD发出的光波经过集成调制器被射频信号调制，集成调制器由两个并行的MZM调制器构成，这两个MZM子调制器都偏置在最大输出点，两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π/2，由移相器实现；调制器的消光比无穷大，两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成4k阶边带，主要包括载波k＝0和±4阶边带k＝±1；
载波的幅度正比于零阶贝塞尔函数J0(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0；
当载波分量为零时，经过光纤传输后正4阶边带和负4阶边带在光电探测器PD拍频产生八倍频毫米波信号；
当输入光波经过集成调制器被频率为ωm的射频信号调制时，两个子调制器MZM1和MZM2输出的上下两路信号可以分别表示为：
式中，m＝πVm/Vπ是MZM调制器的调制指数，Vm是射频信号的振幅，Vπ是MZM调制器的半波电压；
上下两路信号相加可得集成调制器的输出为：
输出为4k阶边带，调节调制指数m使J0(m)＝0可抑制甚至消除载波分量，由于PD采用平方律探测，正4阶边带和负4阶边会拍频产生八倍频毫米波信号。
其中m＝2.405、5.52或者m＝5.43。
3、本发明所产生的技术效果。
(1)本发明能产生八倍频的光载毫米波，可以降低对调制器带宽的要求，如仅需带宽为10GHz的调制器就可产生80GHz的毫米波。
(2)本发明无需光滤波器，容易实现且能应用于WDM-RoF波分复用光纤无线通信系统。
(3)本发明采用有限消光比的商用调制器也能产生高质量的光载毫米波，其光边带抑制比OSSR射频边带抑制比分别大于22dB和15dB。
(4)商用调制器的消光比有限，会产生其它不需要的边带，进而使所产生光载毫米波性能下降；通过优化调制指数可以提高其性能，使其满足大多数毫米波应用的需求。
附图说明
图1为本发明的原理结构图。
具体实施方式
实施例
本发明提出的一种产生高质量八倍频光载毫米波的方法，包括激光二极管LD1、RF射频信号发生器2、集成调制器3、移相器4、光电探测器5。可以采用光谱分析仪和频谱分析仪分别测量信号的光边带抑制比和射频边带抑制比从而测试所产生的八倍频光载毫米波的性能。
八倍频光载毫米波产生的具体方法和步骤如下：
LD激光器发出的光波经过集成调制器被射频信号调制，集成调制器由两个并行的马赫曾德尔(MZM)子调制器构成，这两个MZM子调制器(MZM1和MZM2)都偏置在最大输出点，两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π/2，由移相器实现。
理想情况下调制器的消光比无穷大，两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成4k阶边带，主要包括载波(k＝0)和±4阶边带(k＝±1)。载波的幅度正比于零阶贝塞尔函数J0(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数(m＝2.405或5.52)可以使J0(m)＝0。当载波分量为零时，经过光纤传输后正4阶边带和负4阶边带在光电探测器PD拍频产生八倍频毫米波信号。
实际商用调制器的消光比为有限值，不需要的±2阶边带未被完全消除掉，会使产生的光载毫米波信号的光边带抑制比OSSR下降，进而使探测器输出的八倍频毫米波信号的射频边带抑制比RSSR下降。如调制器的消光比为典型值30dB，则调制指数m＝2.405(J0(m)的第一个零点)时OSSR和RSSR分别为13.8dB和7.8dB，而高质量的毫米波一般需要射频边带抑制比RSSR不低于15dB。
为解决实际调制器有限消光比引起的光载毫米波性能下降，可将调制指数m设置为5.52(J0(m)的第二个零点)来抑制不需要的±2阶边带，但同时也会产生其它不需要的高阶边带。同样采用消光比为30dB的典型调制器，通过分析发现5.52附近存在最优的调制指数能使的八倍频光载毫米波的光边带抑制比OSSR最大，优化调制指数m为5.43可使OSSR和RSSR分别为22.2dB和15.6dB，这能满足大多数毫米波应用的需求。
原理：
当输入光波经过集成调制器被频率为ωm的射频信号调制时，两个子调制器MZM1和MZM2输出的上下两路信号可以分别表示为：
式中，m＝πVm/Vπ是MZM调制器的调制指数。Vm是射频信号的振幅，Vπ是MZM调制器的半波电压。
上下两路信号相加可得集成调制器的输出为：
可见输出为4k阶边带，调节调制指数m使J0(m)＝0可抑制甚至消除载波分量，由于PD采用平方律探测，正4阶边带和负4阶边会拍频产生八倍频毫米波信号。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种产生八倍频光载毫米波的装置，其特征在于：包括激光二极管LD(1)、RF射频信号发生器(2)、集成调制器(3)、移相器(4)、光电探测器(5)；
激光二极管LD(1)发出的光波经过集成调制器(3)被射频信号调制，集成调制器由两个并行的MZM调制器构成，这两个MZM子调制器都偏置在最大输出点，两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π/2，由移相器(4)实现；调制器的消光比无穷大，两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成4k阶边带，主要包括载波k＝0和±4阶边带k＝±1；载波的幅度正比于零阶贝塞尔函数J0(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0；当载波分量为零时，经过光纤传输后正4阶边带和负4阶边带在光电探测器PD拍频产生八倍频毫米波信号。
2.根据权利要求1所述的产生八倍频光载毫米波的装置，其特征在于：所述的通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0，即m＝2.405。
3.根据权利要求1所述的产生八倍频光载毫米波的装置，其特征在于：调制指数m＝5.52。
4.根据权利要求1所述的产生八倍频光载毫米波的装置，其特征在于：调制指数m＝5.43。
5.一种产生八倍频光载毫米波的方法，其特征在于：激光二极管LD(1)发出的光波经过集成调制器(3)被射频信号调制，集成调制器由两个并行的MZM调制器构成，这两个MZM子调制器都偏置在最大输出点，两个子调制器的射频驱动信号之间的相位差为π，每个子调制器两臂射频驱动信号之间的相位差都为π/2，由移相器(4)实现；调制器的消光比无穷大，两个子调制器输出的上下两路信号相加会生成4k阶边带，主要包括载波k＝0和±4阶边带k＝±1；
载波的幅度正比于零阶贝塞尔函数J0(m)，m为调制指数，通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0；
当载波分量为零时，经过光纤传输后正4阶边带和负4阶边带在光电探测器PD拍频产生八倍频毫米波信号；
当输入光波经过集成调制器被频率为ωm的射频信号调制时，两个子调制器MZM1和MZM2输出的上下两路信号可以分别表示为：
式中，m＝πVm/Vπ是MZM调制器的调制指数，Vm是射频信号的振幅，Vπ是MZM调制器的半波电压；
上下两路信号相加可得集成调制器的输出为：
输出为4k阶边带，调节调制指数m使J0(m)＝0可抑制甚至消除载波分量，由于PD采用平方律探测，正4阶边带和负4阶边会拍频产生八倍频毫米波信号。
6.根据权利要求5所述的产生八倍频光载毫米波的方法，其特征在于：所述的通过设置合适的调制指数，使J0(m)＝0，即m＝2.405。
7.根据权利要求5所述的产生八倍频光载毫米波的方法，其特征在于：调制指数m＝5.52。
8.根据权利要求5所述的产生八倍频光载毫米波的方法，其特征在于：调制指数m＝5.43。
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CN113162694A (zh) * 2021-02-23 2021-07-23 复旦大学 一种光子辅助矢量毫米波信号产生系统

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