CN110098872A - 基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优化的装置和方法 - Google Patents

基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优化的装置和方法 Download PDF

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文爱军
张武
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Abstract

本发明公开了一种基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优化的装置和方法，该发明涉及光通信及微波技术领域。所述方法如附图所示，包括激光源、射频信号源、偏振控制器、偏振合束器、相位调制器、单模光纤、波分复用器、光耦合器、光电探测器。本方法利用双光源与相位调制器可以得到偏振复用的光相位调制信号，通过波分复用器可实现相位调制到强度调制的转换。通过调节两光源的功率值之比可以抑制三阶交调的功率值。本发明无需使用强度调制器，避免了复杂的偏压控制电路，降低了系统的复杂度，另外，三阶交调项的抑制操作简单，使得该方法易于应用在实际系统当中。

Description

基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优 化的装置和方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，尤其涉及模拟光链路的线性优化。
背景技术
由于微波光子链路具有大带宽、低损耗和免疫电磁干扰等优势，已经广泛应用于相控阵天线、信号处理、雷达和光载射频等系统。使用光链路代替传统的微波链路可使得其具有低噪声、高增益等一系列优点。
最基本的模拟光链路系统一般采用强度调制-直接检测结构，由于强度调制器的sin型传输函数，在输入射频功率较高的情况下，链路会产生高功率的三阶交调项，严重的影响了系统的动态范围。因此，抑制模拟光链路的三阶交调从而改善光链路系统的无杂散动态范围具有非常重要的意义。
现有的微波光子链路线性优化方案大概有两种思路：一是预失真技术，即在信号未调制到光载波之前，对其进行预失真处理，该方法受限于外部电子器件的性能无法应用于宽带场景。二是双平行调制技术，该方法通过调节注入双平行结构的强度调制器的光功率、射频功率比和偏压使得收端的两路三阶交调项功率相等而相位相差180度，从而通过非相干合成抑制掉三阶项，该方法中多使用双平行强度调制器，所以需要额外的调制器偏压控制电路，增加了系统的复杂度。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优化的装置和方法。该发明通过射频源来产生双音信号对相位调制器中两正交偏振的载波分别进行相位调制，并通过波分复用器完成相位调制到强度调制的转换，最后通过频谱仪来观察光电探测器输出射频信号的频谱，确定该方案对三阶交调项的抑制程度。该方法具有不需要调制器偏压控制电路和IMD3抑制调节简便的优点。
本发明解决其技术问题所采用的方法是：所述装置包括偏振复用载波源(HCS)、相位调制器(PM)、单模光纤(SMF)波分复用器(WDM)、光耦合器(OC)以及光电探测器(PD)。其特征在于：偏振复用载波源(HCS)的输出端口与PM输入端相连，PM的输出端经过单模光纤后进入WDM，WDM的两路输出经OC进行耦合，OC输出和PD相连，PD输出端连接电频谱仪进行测试。
所述HCS由两个激光器(LD1、LD2)、偏振控制器(PC)以及偏振合术器(PBC) 构成，LD2产生的光载波经过PC后与LD1产生的光载波的成正交偏振态，然后两路光信号进入PBC进行合束后输入PM。
上述PM的两个传输主轴的电光系数不同，对互为正交的两路输入光信号调制指数不同。
本发明在工作时包括以下步骤：
1)两个LD发出的连续光载波的一路经过偏振控制器使其偏振态与另一路光载波成正交态，然后两路光信号经过偏振合束器合成一路进入相位调制器；
2)PM的射频口加双音信号；
3)PM输出口得到的偏振复用信号经过单模光纤传输到WDM中；
4)WDM的两个通道的输出信号其奇数阶边带相位相反；
5)WDM两个通道输出的信号经过OC耦合后接入PD，PD输出口连接电频谱分析仪，进行测试；
6)改变射频源功率，重复步骤2，3，4，5；
本发明提出了一种基于相位调制到强度调制转换的模拟光链路双波长法线性优化的方法，该方法利用PM对不同传输主轴调制指数不同的特性，同时利用WDM完成相位调制到强度调制的转换并使两路输出的奇数阶边带相位相反从而使得两路信号耦合之后可抑制光链路系统的三阶交调项。该方法的优点在于未用到平行结构的强度调制器从而避免了复杂的强度调制器的偏压控制电路。
该方案可简便地通过调整两光源的功率比达到调整两路反向的三阶交调的功率值的目的从而可应用于实际系统。
该方案利用WDM代替马赫增德尔干涉仪(MZI)完成相位调制到强度调制的转换避免了系统性能在大的带宽范围内出现不平坦现象。
附图说明
图1为本发明基于相位调制到强度调制转换的模拟光链路双波长法线性优化的原理图；
图2为链路中不同位置的光谱图；
图3是Z-cut型相位调制器对不同偏振态信号的调制指数图
图4是WDM输出信号的电谱图：
(a)WDM通道1输出的电谱图；
(b)WDM通道2输出的电谱图；
图5是经线性优化后的电谱图；
图6是系统的SFDR示意图：
(a)线性优化前系统的SFDR；
(b)线性优化后系统的SFDR；
具体实施方式
下面结合附图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：
如图1所示，本实施例中包括：两个LD、PC、PBC、射频信号源、PM、SMF、WDM、OC、和PD。两个LD发出的连续光载波中的一路经过偏振控制器使其偏振态与另一路光载波成正交态，然后两路光信号经过偏振合束器合成一路进入相位调制器。射频信号源产生的信号输入到的PM的射频端口。PM输出的信号经过单模光纤送入WDM，WDM的两路输出经OC 耦合后进入PD拍频产生电信号。PD的输出端分别和电频谱仪相连分别观察生成的电信号以及线性优化的效果。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：按照原理图连接各器件，两激光器输出光功率约9dBm(1552nm、1550nm)，调整偏振控制器，使得整条偏振态上的光功率相等，此时输出的经偏振耦合的光信号可表示为：
步骤二：射频源输出20GHz、20.1GHz的射频信号，功率0dBm，经过电耦合器之后输入到相位调制器上，将射频信号表示为：
Vm＝VRF(sin(ω1t)+sin(ω2t))
则调制器输出可以表示为下式：
对其进行Bessel可得：
其中γ为相位调制器中TE模与TM模的调制指数比，Jn(·) 为第一类n阶Bessel函数。
步骤三：将波长分别对准WDM的两个通道的左右边沿。记录WDM双通道的通带响应。经WDM滤波后的信号可表示为：
步骤四：测量PD前光功率并调节激光器功率，抑制IMD3，经PD输出的电信号可表示为：
步骤五：分别测试并记录抑制之前与抑制之后的SFDR。
综上，本发明基于相位调制和WDM实现了模拟光链路的线性优化。利用频谱仪得到经过线性优化后的射频信号电谱图，改变射频功率，得到系统SFDR改善的程度。该发明未用到强度调制器和其偏压控制电路。另外两路不同偏振态光信号的IMD3功率可通过调节两个激光器功率比来调整，IMD3功率调节方法操作简单，使得该方案易于应用于实际系统。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的一个实施例而已，并非仅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，改变载频的功率大小、光功率大小、频率偏移量的改变等参数的调整也应视为本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优化的装置和方法，包括偏振复用载波源(HCS)、相位调制器(PM)、单模光纤(SMF)波分复用器(WDM)、光耦合器(OC)以及光电探测器(PD)。其特征在于：正交载波源(HCS)的输出端口与PM输入端相连，PM的输出端经过单模光纤后进入WDM，WDM的两路输出经OC进行耦合，OC输出和PD相连。通过调节两激光器的功率比，可使得上下两路的三阶交调项功率相等，从而可在PD输出端得到线性优化后的射频信号。
所述HCS由两个激光器(LD1、LD2)、偏振控制器(PC)以及偏振合束器(PBC)构成，LD2产生的光载波经过PC后与LD1产生的光载波的成正交偏振态，然后两路光信号进入PBC进行合束后输入PM。
所述PM为Z-cut型，该调制器垂直的两个传输主轴的电光系数不同，通过该特性可在单一调制器中完成双平行调制器架构的功能。
所述PM输出的已调信号经单模光纤(SMF)送入WDM，WDM的一个通道只保留LD1光载波和正边带，WDM的另一个通道只保留LD2光载波和负边带。WDM两个通道输出的信号经过OC耦合，再经过PD拍频后可以得到三阶交调被抑制的射频信号。
所述的基于双波长与相位调制到强度调制转换的模拟光链路线性优化的装置和方法，未用到平行结构的强度调制器从而避免了复杂的强度调制器的偏压控制电路并且利用WDM代替马赫增德尔干涉仪(MZI)完成相位调制到强度调制的转换避免了系统性能在大的带宽范围内出现不平坦现象。另外三阶交调功率的调整是通过调节激光器功率比值来实现的，操作简单，所以该系统可应用于实际系统。
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