CN109714107A - 基于pdm-dpmzm链路系统的微波光色散补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PDM‑DPMZM链路系统的微波光子色散补偿方法，主要解决现有技术色散补偿频点单一、稳定性差的问题，其实现方案是：构建系由激光器、射频信号源S₀、上、下两路双平行马赫增德尔调制器DPMZM集成的调制器PDM‑DPMZM、色散光纤SMF和一个光电探测器组成的链路系统；设置PDM‑DPMZM的直流偏置电压；激光器和射频信号源分别产生光载波信号和射频信号，同时输入到PDM‑DPMZM中生成调制光信号；调制光信号通过色散光纤生成色散后调制光信号；光电探测器将色散后调制光信号转换为色散补偿后的光电流信号。本发明可实现宽频段色散补偿，提高了色散补偿的稳定性，可用于光纤传输。

Description

基于PDM-DPMZM链路系统的微波光色散补偿方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种微波光子宽频段色散补偿方法，可用于光纤传输。

背景技术

随着信息化时代的到来，越来越多的数据以数字化的形式进行存与传输，庞大体量的数据使得人们对通信的速度和距离都有了更高的需求，光纤通信得益于自身高速长距离的传输优势，逐步成为长距离大数据量的主要传输方式。随着光纤通信的推广与应用，光纤通信的数据传输量不断增长，为了解决能耗问题，光纤放大器等开始在光纤通信中得到应用，但在解决光纤通信中损耗问题的同时，却也放大了色散的影响，使得色散已经成为制约光纤通信的重要影响因素。微波光子学是一门结合了微波技术和光子技术优势的新型交叉学科，通过光学方法传输和处理微波信号，克服了传统微波系统在处理速度和传输带宽等方面的电子瓶颈。微波光子色散补偿技术可以实现对传输信号的色散补偿,具有大带宽、宽频段、高隔离度、无电磁干扰等显著优势，且与其它微波信号光子学产生、传输、处理系统兼容，在未来电子系统中具有较大的应用前景。

中国人民解放军理工大学在其申请的专利文献“用于线性光纤系统的可调谐色散补偿方法”(公开号CN103516430A，申请号201310465733.8，申请日2013.10.08)中公开了一种适用于双边带调制的线性光纤通信系统的可调谐色散补偿方法方法。该方法包括：马赫曾德尔调制器MZM、光纤光栅滤波器、色散光纤SMF、光电探测器PD、激光源。通过将射频信号和光载波信号加载到MZM上实现射频信号对光载波的双边带调制，产生加载了数据的光载微波信号，该信号通过光纤光栅滤波器进行色散补偿，经过光电探测器PD后，得到传输的微波信号。对于不同长度的色散光纤，通过调整激光器的中心波长，使输出的微波信号达到最大值，即可补偿传输色散对线性光纤传输系统性能的影响。该方法存在的不足之处是，需要制作具有非线性群时延特性的光纤光栅滤波器，器件较为复杂；对于不同长度的色散光纤，需要相应的调整激光器中心波长，无法做到宽频段色散补偿。

Yongsheng Gao等人在其发表的论文“Efficient Photonic Microwave MixerWith Compensation of the Chromatic Dispersion-Induced Power Fading”(Journalof Lightwave Technology，2016，36(14)：3440-3448)中公开了一种基于双电极马赫增德尔调制器的微波光子色散补偿方法。该方法的具体步骤是，激光器产生连续的光信号，输入到双电极马赫增德尔调制器中，将微波信号源产生的射频信号加载到激光器产生的光信号上，得到被调制的光信号，经过单模色散光纤SMF传输后，再经过光电探测器PD进行光电转换，得到色散补偿后的信号，实现射频信号色散补偿。该方法存在的不足之处是，需要根据光纤长度不断调整调制器的电极的直流偏置，稳定性较差且使用较为复杂；只能进行单频点的色散补偿，无法做到宽频段色散补偿。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于偏振复用双平行马赫增德尔调制器PDM-DPMZM链路系统的微波光色散补偿方法，以解决现有微波光子色散补偿方法中存在的补偿频点单一及稳定性差的技术问题，实现对宽频段色散补偿。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的技术思路是：将射频信号通过偏振复用双平行马赫增德尔调制器PDM-DPMZM一次性调制到光载波信号上，通过设置调制器直流电压大小，即可实现微波光子宽频段色散补偿，简化方法处理过程，提高方法稳定性。

本发明是通过一个由激光器、射频信号源、上下两个双平行马赫增德尔调制器DPMZM组成的偏振复用双平行马赫增德尔调制器PDM-DPMZM、色散光纤和光电探测器依次串联组成的链路实现。

本发明的实现步骤包括如下：

所述链路系统包括一个激光器、一个射频信号源、一个由上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM和下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM集成的调制器PDM-DPMZM、一条色散光纤SMF和一个光电探测器，这些器件依次串联；

基于该链路系统对微波光子宽频段色散进行补偿的步骤包括如下：

(1)设置上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的直流偏置电压，使上路的双平行马赫增德尔调制器DPMZM工作处在其不同的状态下；

(2)设置下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的直流偏置电压，使下路的双平行马赫增德尔调制器DPMZM工作处在其不同的状态下；

(3)通过激光器产生的光载波信号，通过射频信号源产生射频信号，并将这两种信号输入到集成调制器PDM-DPMZM中；集成的调制器PDM-DPMZM对射频信号和光载波信号进行调制，生成含有射频信号边带的调制光信号E(t)：

其中,t表示时间，E_c表示激光器输出光载波信号的强度，j表示虚数单位，ω_c表示光载波信号的频率，ω_RF表示射频信号的频率，J₁(·)表示一阶第一类贝塞尔函数，V表示射频信号的幅度，V_π表示子调制器的半波电压，m表示射频信号的调制指数，且m＝πV/V_π；

(4)将生成的调制光信号E(t)通过色散光纤SMF生成色散后的调制光信号E_SMF(t)：

其中,表示色散光纤引入的相移，且表示光纤的二阶色散系数，L表示光纤长度；

(5)光电探测器通过光电探测将色散后的调制光信号E_SMF(t)转换为光电流信号，得到色散补偿后的两路光电流的信号i₁(t)和i₂(t)：

其中，const为常数。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明由于设计了基于PDM-DPMZM链路系统，且该链路系统使用了集成调制器PDM-DPMZM，使得色散补偿易于实现。

第二，本发明通过调节调制器的直流电压即可实现宽频段色散补偿，克服了现有色散补偿技术技术需多次改变调制器设置的缺点，使得色散补偿的稳定性得到了提高。

附图说明

图1是本发明的实现流程框图；

图2是本发明中的微波光子链路系统图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参照图1，对本发明实现步骤作如下。

步骤1，构建微波光子色散补偿链路系统。

参照图2，本发明适用的微波光子链路系统包括：一个激光器CW Laser、一个射频信号源S₀、一个由上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM和下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM集成的调制器PDM-DPMZM、一条色散光纤SMF和一个光电探测器PD。PDM-DPMZM的光输入端口连接激光器CW Laser，上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM和下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM同时连接产生射频信号的微波信号源S₀，PDM-DPMZM的光输出端口连接色散光纤SMF的输入端，色散光纤SMF的输出端链接光探测器PD。

步骤2，设置微波光子色散补偿链路系统参数。

2a)设置上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的直流偏置电压，使上路的双平行马赫增德尔调制器DPMZM工作处在其不同的状态下，具体步骤如下：

2a1)将上路DPMZM的第一个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生相位差时所需的电压；

2a2)将上路DPMZM第二个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生π相位差时所需电压的一半，使调制器工作在最小传输点状态；

2b)设置下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的直流偏置电压，使下路的双平行马赫增德尔调制器DPMZM工作在其不同状态下，具体步骤如下：

2b1)将下路DPMZM的第一个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生相位差时所需的电压，其中

2b2)将下路DPMZM第二个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生π相位差时所需电压的一半，使调制器工作在最小传输点状态。

步骤3，生成调制光信号。

通过激光器产生的光载波信号，通过射频信号源产生射频信号，并将这两种信号输入到集成调制器PDM-DPMZM中；

集成的调制器PDM-DPMZM对射频信号和光载波信号进行调制，生成含有射频信号边带的调制光信号E(t)：

其中,t表示时间，E_c表示激光器输出光载波信号的强度，j表示虚数单位，ω_c表示光载波信号的频率，ω_RF表示射频信号的频率，J₁(·)表示一阶第一类贝塞尔函数，V表示射频信号的幅度，V_π表示子调制器的半波电压，m表示射频信号的调制指数，且m＝πV/V_π。

步骤4，生成色散后的调制光信号。

将生成的调制光信号E(t)通过色散光纤SMF生成色散后的调制光信号E_SMF(t)：

其中,表示色散光纤引入的相移，且表示光纤的二阶色散系数，L表示光纤长度。

步骤5，探测色散后的调制光信号。

光电探测器通过光电探测将色散后的调制光信号E_SMF(t)转换为光电流信号，得到色散补偿后的两路光电流的信号i₁(t)和i₂(t)：

其中，const为常数。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于PDM-DPMZM链路系统的微波光色散补偿方法，其特征在于：

所述链路系统包括一个激光器、一个射频信号源S₀、一个由上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM和下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM集成的调制器PDM-DPMZM、一条色散光纤SMF和一个光电探测器，这些器件依次串联；

基于该链路系统对微波光子宽频段色散进行补偿的步骤包括如下：

(1)设置上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的直流偏置电压，使上路的双平行马赫增德尔调制器DPMZM工作处在其不同的状态下；

(2)设置下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的直流偏置电压，使下路的双平行马赫增德尔调制器DPMZM工作处在其不同的状态下；

(3)通过激光器产生的光载波信号，通过射频信号源产生射频信号，并将这两种信号输入到集成调制器PDM-DPMZM中；集成的调制器PDM-DPMZM对射频信号和光载波信号进行调制，生成含有射频信号边带的调制光信号E(t)：

其中,t表示时间，E_c表示激光器输出光载波信号的强度，j表示虚数单位，ω_c表示光载波信号的频率，ω_RF表示射频信号的频率，J₁(·)表示一阶第一类贝塞尔函数，V表示射频信号的幅度，V_π表示子调制器的半波电压，m表示射频信号的调制指数，且m＝πV/V_π；

(4)将生成的调制光信号E(t)通过色散光纤SMF生成色散后的调制光信号E_SMF(t)：

其中,表示色散光纤引入的相移，且β₂表示光纤的二阶色散系数，L表示光纤长度；

(5)光电探测器通过光电探测将色散后的调制光信号E_SMF(t)转换为光电流信号，得到色散补偿后的两路光电流的信号i₁(t)和i₂(t)：

其中，const为常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(1)中设置上路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的子调制器的直流偏置电压，具体步骤如下：

第一步，将上路DPMZM的第一个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生相位差时所需的电压；

第二步，将上路DPMZM第二个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生π相位差时所需电压的一半，使调制器工作在最小传输点状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)设置下路双平行马赫增德尔调制器DPMZM的子调制器的直流偏置电压，具体步骤如下：

首先，将下路DPMZM的第一个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生相位差时所需的电压，其中

然后，将下路DPMZM第二个子调制器的上、下两臂直流偏置电压设置为光信号产生π相位差时所需电压的一半，使调制器工作在最小传输点状态。