CN113114370A - 基于dp-qpsk调制器与pm串联的相位编码信号发生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DP‑QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置及方法，装置包括顺序光路连接的光源、信号调制单元、光起偏器以及光电探测器；所述光源用于产生并输出光载波；所述信号调制单元用于接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二、第三光信号，输出第四光信号；所述光起偏器用于接收信号调制单元输出的第四光信号并对第四光信号进行偏振化处理，形成第五光信号；所述光电探测器用于将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。本发明装置能够产生载波频率可调、无基带分量的全光二相编码微波脉冲信号，装置结构紧凑，工作频率范围宽。

Description

基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置及 方法

技术领域

本发明属于信号产生技术领域，具体涉及一种基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置及方法。

背景技术

相位编码信号被广泛用于脉冲压缩，以提高雷达距离分辨率。随着雷达系统的快速发展，对相位编码信号提出了高工作频率、宽带宽、高可重构性等新的要求。使用传统的电子方法很难甚至不可能达到这样的要求。微波光子学为克服这一局限提供了一种解决方案。此外，使用微波光子技术实现的信号处理器不受电磁干扰，并且具有并行和多处理能力。

在光子学的相位编码信号发生器中，通过光脉冲整形、波长到时间映射和光学频谱整形技术产生的相位编码信号具有有限数量的序列会限制脉冲压缩能力。此外，这些相位编码信号的载波频率很难调谐，并且这些相位编码信号的自相关具有较小的峰旁瓣比(PSR)。因此，在微波光子系统中，大多数基于光子学的相位编码信号发生器是通过将电产生的长符号编码信号与单音微波信号组合来实现的。为了充分利用微波光子学的宽带性能，提高可积分性，相位编码信号发生器需要不含射频器件和光学滤波器。另外，为了适应现代雷达系统的需要，相位编码信号发生器需要能够工作在脉冲模式而不是连续波(CW)模式。

相位编码的微波脉冲信号通常在基带具有频率分量，这可以使用高通滤波器来去除基带组件，但这增加了系统的复杂性。因此产生没有基带分量的相位编码信号非常重要。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置及方法，装置结构简单，具有很宽的工作频率范围，可以在不产生基带分量的情况下在CW和脉冲模式下工作。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，包括顺序光路连接的光源、信号调制单元、光起偏器以及光电探测器；

所述光源用于产生并输出光载波；

所述信号调制单元用于接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二以及第三光信号，输出具有正交偏振态的第四光信号；

所述光起偏器用于接收信号调制单元输出的第四光信号并对第四光信号进行偏振化处理，形成第五光信号；所述光起偏器的偏振化方向与所述第四光信号的两个偏振方向呈固定45度角；

所述光电探测器用于将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。

进一步的，所述信号调制单元包括DP-QPSK调制器以及PM；

所述DP-QPSK调制器包括DP-QPSK调制器上路、DP-QPSK调制器下路以及偏振态合束器；

所述DP-QPSK调制器上路具体为上路双平行马赫-曾德尔调制器；

所述DP-QPSK调制器下路包括下路双平行马赫-曾德尔调制器和90度偏振旋转器；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光源发出的光载波和单音微波信号，形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光载波；

所述90度偏振旋转器用于对所述下路双平行马赫-曾德尔调制器输出的光载波的偏振方向进行旋转，形成第二光信号；所述90度偏振旋转器对光载波的偏振方向旋转90度，以使形成的第二光信号的偏振方向与第一光信号的偏振方向正交；

所述偏振态合束器用于将所述第一光信号和第二光信号合成为第三光信号；

所述PM用于接收第三光信号和任意波形发生器信号，将任意波形发生器产生的编码信号调制到第三光信号上，其输出信号即为所述信号调制单元输出的第四光信号；PM为一个Z向切割铌酸锂晶体，内部不含起偏器，支持具有不同相位调制效率的横磁模式和横电模式中的光传播。

进一步的，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器和下路双平行马赫-曾德尔调制器均包括上下两路MZM；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器具体为其上路MZM在被施加第一组偏置电压的情况下而工作于正交偏振的载波双一阶边带或正交偏振的载波双二阶边带的状态下将单音微波信号调整到光载波上，以形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器具体为在被施加第二组偏置电压的情况下使上下两路MZM两路分别工作在最大传输点和最小传输点状态，同时通过调整第三组偏置电压来调整载波相位。

进一步的，当单音微波信号仅驱动上路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM时，则上路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_up,QPSK表示为公式(1)：

当施加第二组偏置电压使下路双平行马赫-曾德尔调制器的上下两路MZM分别工作在最大传输点和最小传输点状态时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_low,QPSK表示为公式(2)：

则DP-QPSK的输出光场表示为公式(3)：

任意波形发生器产生的编码信号驱动PM，将相位编码信号调制到光信号上，则PM的输出光信号，即信号调制单元的输出光场E_out,PM表示为公式(4)：

其中，E_in为光源输出的光载波的光场强度，ω_c为光源输出的光载波的角频率，J_n(x)为第n阶贝塞尔函数，β_RF＝πV_RF/V_π为信号调制单元的调制系数，V_RF为单音微波信号的电压幅值，V_π为信号调制单元的半波电压，

和

表示第一光信号和第二光信号的两个正交偏振态，s(t)表示编码信号；β_c＝πV_c/V_π为相位调制器的调制系数，β_bn＝πV_bn/V_π,DC是由偏置电压V_bn引入的偏置角，V_c为微波信号的电压幅值，γ是横电模式和横磁模式之间的调制指数比；

当信号调制单元的输出光信号，即调制光信号经过光起偏器后，光起偏器的输出光场，即第五光信号的光场强度E_out表示公式(5)：

偏置电压V_b1、V_b2、V_b3以及V_b6被设计成使得上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在零点，即β_b1＝β_b2＝π/2，下路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，则将公式(5)写成公式(6)：

所述光起偏器输出的第五光信号输入到光电探测器，光电探测器得到的信号如公式(7)：

其中，

是光电探测器的响应度，P_in是进入DP-QPSK调制器的连续光的光功率；公式(7)中的4J₁(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]sin(ω_RFt)是基频单音微波信号的相位编码信号。

进一步的，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在峰点并且接近峰点时，即β_b1＝0和β_b2＝cos^-1(J₀(β_RF))≈0时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的主MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，公式(5)写为公式(8)：

此时，光电探测器探测到的信号表示为公式(9)：

其中，公式(9)中的4J₂(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]cos(2ω_RFt)是二倍频单音微波信号的相位编码信号。

本发明还提供一种基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生方法，包括以下步骤：

光源产生并输出光载波；

信号调制单元接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二以及第三光信号，输出具有正交偏振态的第四光信号；

光起偏器接收信号调制单元输出的第四光信号并对第四光信号进行偏振化处理，形成第五光信号；所述光起偏器的偏振化方向与所述第四光信号的两个偏振方向呈固定45度角；

光电探测器将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。

进一步的，所述信号调制单元包括DP-QPSK调制器以及PM；

所述DP-QPSK调制器包括DP-QPSK调制器上路、DP-QPSK调制器下路以及偏振态合束器；

所述DP-QPSK调制器上路具体为上路双平行马赫-曾德尔调制器；

所述DP-QPSK调制器下路包括下路双平行马赫-曾德尔调制器和90度偏振旋转器；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光源发出的光载波和单音微波信号，形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光载波；

所述90度偏振旋转器用于对所述下路双平行马赫-曾德尔调制器输出的光载波的偏振方向进行旋转，形成第二光信号；所述90度偏振旋转器对光载波的偏振方向旋转90度，以使形成的第二光信号的偏振方向与第一光信号的偏振方向正交；

所述偏振态合束器用于将所述第一光信号和第二光信号合成为第三光信号；

所述PM用于接收第三光信号和任意波形发生器信号，将任意波形发生器产生的编码信号调制到第三光信号上，其输出信号即为所述信号调制单元输出的第四光信号；PM为一个Z向切割铌酸锂晶体，内部不含起偏器，支持具有不同相位调制效率的横磁模式和横电模式中的光传播。

进一步的，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器和下路双平行马赫-曾德尔调制器均包括上下两路MZM；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器具体为其上路MZM在被施加第一组偏置电压的情况下而工作于正交偏振的载波双一阶边带或正交偏振的载波双二阶边带的状态下将单音微波信号调整到光载波上，以形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器具体为在被施加第二组偏置电压的情况下使上下两路MZM两路分别工作在最大传输点和最小传输点状态，同时通过调整第三组偏置电压来调整载波相位。

进一步的，当单音微波信号仅驱动上路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM时，则上路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_up,QPSK表示为公式(1)：

当施加第二组偏置电压使下路双平行马赫-曾德尔调制器的上下两路MZM分别工作在最大传输点和最小传输点状态时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_low,QPSK表示为公式(2)：

则DP-QPSK的输出光场表示为公式(3)：

任意波形发生器产生的编码信号驱动PM，将相位编码信号调制到光信号上，则PM的输出光信号，即信号调制单元的输出光场E_out,PM表示为公式(4)：

其中，E_in为光源输出的光载波的光场强度，ω_c为光源输出的光载波的角频率，J_n(x)为第n阶贝塞尔函数，β_RF＝πV_RF/V_π为信号调制单元的调制系数，V_RF为单音微波信号的电压幅值，V_π为信号调制单元的半波电压，

和

表示第一光信号和第二光信号的两个正交偏振态，s(t)表示编码信号；β_c＝πV_c/V_π为相位调制器的调制系数，β_bn＝πV_bn/V_π,DC是由偏置电压V_bn引入的偏置角，V_c为微波信号的电压幅值，γ是横电模式和横磁模式之间的调制指数比；

当信号调制单元的输出光信号，即调制光信号经过光起偏器后，光起偏器的输出光场，即第五光信号的光场强度E_out表示公式(5)：

偏置电压V_b1、V_b2、V_b3以及V_b6被设计成使得上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在零点，即β_b1＝β_b2＝π/2，下路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，则将公式(5)写成公式(6)：

所述光起偏器输出的第五光信号输入到光电探测器，光电探测器得到的信号如公式(7)：

其中，

是光电探测器的响应度，P_in是进入DP-QPSK调制器的连续光的光功率；公式(7)中的4J₁(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]sin(ω_RFt)是基频单音微波信号的相位编码信号。

进一步的，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在峰点并且接近峰点时，即β_b1＝0和β_b2＝cos^-1(J₀(β_RF))≈0时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的主MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，公式(5)写为公式(8)：

此时，光电探测器探测到的信号表示为公式(9)：

其中，公式(9)中的4J₂(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]cos(2ω_RFt)是二倍频单音微波信号的相位编码信号。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明装置能够产生载波频率可调、无基带分量的全光二相编码微波脉冲信号，装置无需射频器件和光学滤波器，不产生基带分量，编码信号幅度无关π相移，工作在CW模式和脉冲模式。

2、本发明装置全光学结构，对不需要的光学频率分量有很大的抑制，因此获得较高的自相关PSR，并且其无基带分量特性和载频可调性。

3、本发明装置能够通过简单的调整调制器偏置电压在基波和次谐波频率之间切换，结构紧凑，工作频率范围宽。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2a、图2b、图2c、图2d以及图2e是本发明装置的实验结果；

图3a、图3b、图3c、图3d以及图3e是本发明装置通过调整DP-QPSK调制器的偏置电压产生两倍于输入单音微波信号频率的相位编码信号的实验结果；

图4是本发明装置的工作流程图；

附图标号说明：11-光源；12-信号调制单元；13-光起偏器；14-光电探测器；121-上路双平行马赫-曾德尔调制器；122-下路双平行马赫-曾德尔调制器；123-90度偏振旋转器；124-偏振态合束器；125-PM。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明，基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，包括顺序光路连接的光源11、信号调制单元12、光起偏器13以及光电探测器14；

所述光源用于产生并输出光载波；光源可以是激光光源，其产生单波长连续的激光来作为光载波；所述光载波是线偏振光。

所述信号调制单元12用于接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二以及第三光信号，任意波形发生器的编码信号被串联的PM调制到第三光信号上，PM输出的光信号将作为信号调制单元的输出，输出的光信号即第四光信号。

所述信号调制单元12包括DP-QPSK调制器以及PM125；

所述DP-QPSK调制器包括DP-QPSK调制器上路、DP-QPSK调制器下路以及偏振态合束器124；

所述DP-QPSK调制器上路具体为上路双平行马赫-曾德尔调制器121；

所述DP-QPSK调制器下路具体为下路双平行马赫-曾德尔调制器122以及90度偏振旋转器123；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器和下路双平行马赫-曾德尔调制器均包括上下两路MZM；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器从光源11接收光载波，用于接收单音微波信号。上路双平行马赫-曾德尔调制器121的上路MZM在被施加第一组偏置电压的情况下而工作于正交偏振的载波双一阶边带或正交偏振的载波双二阶边带的状态下将单音微波信号调制到光载波上，以形成第一光信号；其偏振电压设置如下表1所示。

表1

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器122用于接收光载波，且在被施加第二组偏置电压的情况下使上下两路MZM两路分别工作在最大传输点和最小传输点状态，同时可通过调整第三组偏置电压来调整载波相位；多种形式的偏振电压设置详见表1。

在本实施例中，所述90度偏振旋转器123用于对所述下路双平行马赫-曾德尔调制器123输出的光载波的偏振方向进行旋转，以形成第二光信号；所述90度偏振旋转器123对光载波的偏振方向旋转90度，以使形成的第二光信号的偏振方向与第一光信号的偏振方向正交。

所述偏振态合束器124用于将所述第一光信号和所述第二光信号合成为第三光信号。

所述PM 125用于接收第三光信号和任意波形发生器信号，将任意波形发生器产生的编码信号调制到第三光信号上，其输出信号为所述信号调制单元输出的第四光信号。

在本实施例中，所述光起偏器用于接收信号调制单元12输出的第四光信号，并对第四光信号进行偏振化处理，以形成第五光信号(或称偏振光信号)；光起偏器13的偏振化方向与所述与具有正交偏振态的第四光信号的两个偏振方向具有固定45°夹角；

所述光电探测器用于将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。

在本实施例中，当单音微波信号仅驱动上路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM时，则上路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_up,QPSK表示为公式(1)：

当施加第二组偏置电压使下路双平行马赫-曾德尔调制器的两路MZM分别工作在最大传输点和最小传输点状态时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_low,QPSK表示为公式(2)：

则DP-QPSK的输出光场表示为公式(3)：

任意波形发生器产生的编码信号驱动PM，将相位编码信号调制到光信号上，则PM的输出光信号，即信号调制单元的输出光场E_out,PM表示为公式(4)：

其中，E_in为光源输出的光载波的光场强度，ω_c为光源输出的光载波的角频率，J_n(x)为第n阶贝塞尔函数，β_RF＝πV_RF/V_π为信号调制单元的调制系数，V_RF为单音微波信号的电压幅值，V_π为信号调制单元的半波电压，

和

表示第一光信号和第二光信号的两个正交偏振态，s(t)表示编码信号；β_c＝πV_c/V_π为相位调制器的调制系数，β_bn＝πV_bn/V_π,DC是由偏置电压V_bn引入的偏置角，V_c为微波信号的电压幅值，γ是TE和TM模式之间的调制指数比。

当信号调制单元的输出光信号，即调制光信号经过光起偏器后，光起偏器的输出光场，即第五光信号的光场强度E_out表示公式(5)：

偏置电压V_b1、V_b2、V_b3以及V_b6被设计成使得上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在零点，即β_b1＝β_b2＝π/2，下路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，则将公式(5)写成公式(6)：

所述光起偏器输出的第五光信号输入到光电探测器，光电探测器得到的信号如公式(7)：

其中，

是光电探测器的响应度，P_in是进入DP-QPSK调制器的连续光的光功率；公式(7)中的4J₁(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]sin(ω_RFt)是基频单音微波信号的相位编码信号。

上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在峰点并且接近峰点时，即β_b1＝0和β_b2＝cos^-1(J₀(β_RF))≈0时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，公式(5)写为公式(8)：

此时，光电探测器探测到的信号表示为公式(9)：

其中，公式(9)中的4J₂(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]cos(2ω_RFt)是二倍频单音微波信号的相位编码信号。

公式(7)和(9)表明，可以通过简单地控制DP-QPSK调制器的偏置电压来产生载波频率等于或者二倍于单音微波信号频率的相位编码信号。表1总结了DP-QPSK调制器中产生基频和次谐波输入单音微波信号的相位编码信号所需的下路和上路MZM的偏置角。从公式(7)和(9)可以看出，系统还在谐波频率上产生直流分量和单音微波信号。公式(7)和(9)都表示相位编码信号发生器不在基带产生频率分量。当没有编码信号进入系统时，即s(t)＝0时，仅产生谐波频率处的直流分量和小幅度单音微波信号。当编码信号被施加到系统并且其幅度从正值变为负值或反之亦然时，在输出微波信号上存在π相移。这表明当将幅度为0、1或-1的三电平编码信号施加到系统时，可以产生二进制相位编码的微波脉冲信号。公式(7)和(9)还示出了相位编码信号的π相移由编码信号的极性而不是编码信号幅度确定。这具有小幅度编码信号足以驱动相位编码信号发生器的优点，只需控制DP-QPSK调制器的两个偏置电压，就可以很容易地切换基频和倍频相位编码信号。

如图2a、图2b、图2c、图2d以及图2e所示，图2a为200ns的时间跨度内OSC(示波器)上的相位编码信号发生器输出信号；图2b和图2c分别为持续时间为13ns的相位编码信号和使用希尔伯特变换恢复的对应相位信息。图2c显示在“+1”和“-1”位之间存在π相移。图2d表示相位编码信号的自相关。由自相关得到的半高宽、PCR和PSR分别为0.95ns、13.7和10.9dB。图2e为在ESA上测量的相位编码信号发生器输出电谱。这表明相位编码信号的载波频率与输入的单音微波信号频率相同。基带的频率分量比基波输入单音微波信号频率的相位编码信号低约15dB；其中，图2a、图2b以及图2d的纵坐标数据都是归一化处理后的数据

如图3a、图3b、图3c、图3d以及图3e所示，图3a为200ns的时间跨度内OSC上的相位编码信号发生器输出信号。图3b和图3c分别为持续时间为13ns的相位编码信号和使用希尔伯特变换恢复的对应相位信息。图3c显示在“+1”和“-1”位之间存在π相移。图3d表示相位编码信号的自相关。由自相关得到的半高宽、PCR和PSR分别为1ns、13和10.4dB。图3e为在ESA(频谱分析仪)上测量的相位编码信号发生器输出电谱，同时相位编码信号位于输入单音微波信号频率的两倍处，即25.5GHz，比基带分量高15dB以上。另外，仅通过调整DP-QPSK调制器的偏置电压就产生了两倍于输入单音微波信号频率的相位编码信号，因此，可以切换基频和倍频相位编码信号，而不需要在系统中进行任何物理改变；其中，图3a、图3b以及图3d的纵坐标数据都是归一化处理后的数据。

如图4所示，本发明装置的工作流程包括以下步骤：

光源产生并输出光载波；

信号调制单元接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二以及第三光信号，输出具有正交偏振态的第四光信号；

光起偏器接收信号调制单元输出的第四光信号并对第四光信号进行偏振化处理，形成第五光信号；所述光起偏器的偏振化方向与所述第四光信号的两个偏振方向呈固定45度角；

光电探测器将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。

如表2所示，本发明装置输入了不同频率的编码信号(2GHz，4GHz，7GHz，14GHz)，显示四个相位编码信号都具有10.5dB以上的高PSR。

表2

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，其特征在于，包括顺序光路连接的光源、信号调制单元、光起偏器以及光电探测器；

所述光源用于产生并输出光载波；

所述信号调制单元用于接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二以及第三光信号，输出具有正交偏振态的第四光信号；

所述光起偏器用于接收信号调制单元输出的第四光信号并对第四光信号进行偏振化处理，形成第五光信号；所述光起偏器的偏振化方向与所述第四光信号的两个偏振方向呈固定45度角；

所述光电探测器用于将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。

2.根据权利要求1所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，其特征在于，所述信号调制单元包括DP-QPSK调制器以及PM；

所述DP-QPSK调制器包括DP-QPSK调制器上路、DP-QPSK调制器下路以及偏振态合束器；

所述DP-QPSK调制器上路具体为上路双平行马赫-曾德尔调制器；

所述DP-QPSK调制器下路包括下路双平行马赫-曾德尔调制器和90度偏振旋转器；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光源发出的光载波和单音微波信号，形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光载波；

所述90度偏振旋转器用于对所述下路双平行马赫-曾德尔调制器输出的光载波的偏振方向进行旋转，形成第二光信号；所述90度偏振旋转器对光载波的偏振方向旋转90度，以使形成的第二光信号的偏振方向与第一光信号的偏振方向正交；

所述偏振态合束器用于将所述第一光信号和第二光信号合成为第三光信号；

所述PM用于接收第三光信号和任意波形发生器信号，将任意波形发生器产生的编码信号调制到第三光信号上，其输出信号即为所述信号调制单元输出的第四光信号；PM为一个Z向切割铌酸锂晶体，内部不含起偏器，支持具有不同相位调制效率的横磁模式和横电模式中的光传播。

3.根据权利要求2所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，其特征在于，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器和下路双平行马赫-曾德尔调制器均包括上下两路MZM；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器具体为其上路MZM在被施加第一组偏置电压的情况下而工作于正交偏振的载波双一阶边带或正交偏振的载波双二阶边带的状态下将单音微波信号调整到光载波上，以形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器具体为在被施加第二组偏置电压的情况下使上下两路MZM两路分别工作在最大传输点和最小传输点状态，同时通过调整第三组偏置电压来调整载波相位。

4.根据权利要求3所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，其特征在于，当单音微波信号仅驱动上路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM时，则上路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_up,QPSK表示为公式(1)：

当施加第二组偏置电压使下路双平行马赫-曾德尔调制器的上下两路MZM分别工作在最大传输点和最小传输点状态时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_low,QPSK表示为公式(2)：

则DP-QPSK的输出光场表示为公式(3)：

任意波形发生器产生的编码信号驱动PM，将相位编码信号调制到光信号上，则PM的输出光信号，即信号调制单元的输出光场E_out,PM表示为公式(4)：

其中，E_in为光源输出的光载波的光场强度，ω_c为光源输出的光载波的角频率，J_n(x)为第n阶贝塞尔函数，β_RF＝πV_RF/V_π为信号调制单元的调制系数，V_RF为单音微波信号的电压幅值，V_π为信号调制单元的半波电压，

和

表示第一光信号和第二光信号的两个正交偏振态，s(t)表示编码信号；β_c＝πV_c/V_π为相位调制器的调制系数，β_bn＝πV_bn/V_π,DC是由偏置电压V_bn引入的偏置角，V_c为微波信号的电压幅值，γ是横电模式和横磁模式之间的调制指数比；

当信号调制单元的输出光信号，即调制光信号经过光起偏器后，光起偏器的输出光场，即第五光信号的光场强度E_out表示公式(5)：

偏置电压V_b1、V_b2、V_b3以及V_b6被设计成使得上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在零点，即β_b1＝β_b2＝π/2，下路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，则将公式(5)写成公式(6)：

所述光起偏器输出的第五光信号输入到光电探测器，光电探测器得到的信号如公式(7)：

其中，

是光电探测器的响应度，P_in是进入DP-QPSK调制器的连续光的光功率；公式(7)中的4J₁(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]sin(ω_RFt)是基频单音微波信号的相位编码信号。

5.根据权利要求4所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生装置，其特征在于，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在峰点并且接近峰点时，即β_b1＝0和β_b2＝cos^-1(J₀(β_RF))≈0时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的主MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，公式(5)写为公式(8)：

此时，光电探测器探测到的信号表示为公式(9)：

其中，公式(9)中的4J₂(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]cos(2ω_RFt)是二倍频单音微波信号的相位编码信号。

6.一种基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生方法，其特征在于，包括以下步骤：

光源产生并输出光载波；

信号调制单元接收光载波、单音微波信号和任意波形发生器的编码信号，形成第一、第二以及第三光信号，输出具有正交偏振态的第四光信号；

光起偏器接收信号调制单元输出的第四光信号并对第四光信号进行偏振化处理，形成第五光信号；所述光起偏器的偏振化方向与所述第四光信号的两个偏振方向呈固定45度角；

光电探测器将偏振化处理后的第五光信号转换为电信号。

7.根据权利要求6所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生方法，其特征在于，所述信号调制单元包括DP-QPSK调制器以及PM；

所述DP-QPSK调制器包括DP-QPSK调制器上路、DP-QPSK调制器下路以及偏振态合束器；

所述DP-QPSK调制器上路具体为上路双平行马赫-曾德尔调制器；

所述DP-QPSK调制器下路包括下路双平行马赫-曾德尔调制器和90度偏振旋转器；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光源发出的光载波和单音微波信号，形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器用于接收光载波；

所述90度偏振旋转器用于对所述下路双平行马赫-曾德尔调制器输出的光载波的偏振方向进行旋转，形成第二光信号；所述90度偏振旋转器对光载波的偏振方向旋转90度，以使形成的第二光信号的偏振方向与第一光信号的偏振方向正交；

所述偏振态合束器用于将所述第一光信号和第二光信号合成为第三光信号；

所述PM用于接收第三光信号和任意波形发生器信号，将任意波形发生器产生的编码信号调制到第三光信号上，其输出信号即为所述信号调制单元输出的第四光信号；PM为一个Z向切割铌酸锂晶体，内部不含起偏器，支持具有不同相位调制效率的横磁模式和横电模式中的光传播。

8.根据权利要求7所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生方法，其特征在于，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器和下路双平行马赫-曾德尔调制器均包括上下两路MZM；

所述上路双平行马赫-曾德尔调制器具体为其上路MZM在被施加第一组偏置电压的情况下而工作于正交偏振的载波双一阶边带或正交偏振的载波双二阶边带的状态下将单音微波信号调整到光载波上，以形成第一光信号；

所述下路双平行马赫-曾德尔调制器具体为在被施加第二组偏置电压的情况下使上下两路MZM两路分别工作在最大传输点和最小传输点状态，同时通过调整第三组偏置电压来调整载波相位。

9.根据权利要求8所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生方法，其特征在于，当单音微波信号仅驱动上路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM时，则上路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_up,QPSK表示为公式(1)：

当施加第二组偏置电压使下路双平行马赫-曾德尔调制器的上下两路MZM分别工作在最大传输点和最小传输点状态时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的输出光场E_low,QPSK表示为公式(2)：

则DP-QPSK的输出光场表示为公式(3)：

任意波形发生器产生的编码信号驱动PM，将相位编码信号调制到光信号上，则PM的输出光信号，即信号调制单元的输出光场E_out,PM表示为公式(4)：

其中，E_in为光源输出的光载波的光场强度，ω_c为光源输出的光载波的角频率，J_n(x)为第n阶贝塞尔函数，β_RF＝πV_RF/V_π为信号调制单元的调制系数，V_RF为单音微波信号的电压幅值，V_π为信号调制单元的半波电压，

和

表示第一光信号和第二光信号的两个正交偏振态，s(t)表示编码信号；β_c＝πV_c/V_π为相位调制器的调制系数，β_bn＝πV_bn/V_π,DC是由偏置电压V_bn引入的偏置角，V_c为微波信号的电压幅值，γ是横电模式和横磁模式之间的调制指数比；

当信号调制单元的输出光信号，即调制光信号经过光起偏器后，光起偏器的输出光场，即第五光信号的光场强度E_out表示公式(5)：

偏置电压V_b1、V_b2、V_b3以及V_b6被设计成使得上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在零点，即β_b1＝β_b2＝π/2，下路双平行马赫-曾德尔调制器的上路MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，则将公式(5)写成公式(6)：

所述光起偏器输出的第五光信号输入到光电探测器，光电探测器得到的信号如公式(7)：

其中，

是光电探测器的响应度，P_in是进入DP-QPSK调制器的连续光的光功率；公式(7)中的4J₁(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]sin(ω_RFt)是基频单音微波信号的相位编码信号。

10.根据权利要求9所述的基于DP-QPSK调制器与PM串联的相位编码信号发生方法，其特征在于，所述上路双平行马赫-曾德尔调制器中的两个MZM偏置在峰点并且接近峰点时，即β_b1＝0和β_b2＝cos^-1(J₀(β_RF))≈0时，下路双平行马赫-曾德尔调制器的主MZM也偏置在零点，即β_b3＝π和β_b6＝π/2-θ，公式(5)写为公式(8)：

此时，光电探测器探测到的信号表示为公式(9)：

其中，公式(9)中的4J₂(β_RF)sin[(γ-1)β_cs(t)]cos(2ω_RFt)是二倍频单音微波信号的相位编码信号。

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