CN202586980U - 基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置 - Google Patents
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置 Download PDFInfo
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Abstract
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，涉及光纤通信、微波光子技术。该装置包括：比特序列发生器（1）、高斯脉冲发生器（2）、射频信号功分器（3）、连续波激光器（4）、射频信号移相器（5）、马赫增德尔调制器（6）、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器（71）、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器（72）…第N硅基环形谐振腔一阶光微分器（7N）、光电检测器（8）。以上各器件依次相连，其中第一硅基环形谐振腔一阶光微分器（71）、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器（72）…第N硅基环形谐振腔一阶光微分器（7N）构成N阶光微分器。马赫增德尔调制器6输出的高斯脉冲经过N阶光微分器后，产生高阶高斯脉冲。
Description
技术领域
本实用新型是一种基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学产生技术，涉及到光纤通信、光纤传感、光学谐振腔、微波光子，具体地讲就是基于马赫增德尔调制器和硅基环形谐振腔N阶光微分器的高阶高斯脉冲光学发生装置。
背景技术
超宽带脉冲UWB（Ultra-WideBand）技术是短距离高速无线通信的热门技术，具有高速率、极短的脉冲持续时间、无需载波发射、极低的功率谱密度等诸多特点。但是由于其功率谱密度较低，所以能够传输的距离很短，大概只有几米到十几米的距离，为了解决以上问题，基于光纤无线ROF（Radio Over Fiber）的UWB传输技术（UWB Over Fiber）引起了人们的极大兴趣，由于光纤具有极低的损耗和很宽的带宽，因此用光纤来传输UWB信号，可以大大增加UWB信号的覆盖范围，因此UWB通信系统在未来可以集成到整个光通信系统当中。在UWB Over Fiber系统当中，光学方法产生UWB信号是其关键技术，如果直接采用电的方式产生UWB信号，需要通过电光转换设备把电UWB信号转换成光UWB信号，致使系统复杂，成本增加；另一方面，使用电法式产生UWB信号，其产生的脉冲绝对宽度或相对带宽受限，并且对电路要求苛刻、成本高昂。此外光学产生UWB信号还有其他一些优点，比如体积小、重量轻、噪声小、可调性高以及抗电磁干扰等。
正因为光学法产生UWB信号具有诸多的优点，因此国内外对光学法产生UWB信号展开了广泛而深入的研究，根据调制格式的不同，UWB信号的产生技术有很多种，比如采用相位调制，通过相位调制到强度调制的转换来产生UWB信号，但是这种方法产生的UWB信号具有比较高的啁啾，这样，当UWB信号在光纤中传输的时候，由于色散的影响，会使得UWB脉冲形状发生畸变；也可以采用强度调制的方法产生，通过两个高斯信号的延迟叠加技术来产生UWB信号，使用半导体光放大器的交叉相位调制特性、使用非线性光环路镜等也可以产生UWB信号；也可以采用外调制的方法来产生UWB信号，外调制器是一种成熟的商用器件，尤其是铌酸锂马赫增德尔调制器MZM（Mach Zehnder Modulator），在光通信系统中具有广泛的应用。
除此以外，UWB信号还可以通过光学微分的方法产生。对高斯光信号在光域直接进行微分操作，经过光电检测器检测后，即可得到高阶高斯脉冲，这种高阶高斯脉冲就是UWB信号。微分操作会使得信号频谱往高频方向移动，减少了低频分量成分，高阶高斯脉冲更加符合美国联邦通信委员会FCC（Federal Communication Commission）标准对UWB信号的要求。中国发明专利《双极性超宽带单周期脉冲的产生装置》（申请号：201010152281.4）采用硅基环形谐振腔作为一阶光微分器，用来产生UWB信号，但该发明仅能对信号进行一阶微分操作。本实用新型采用外调制器和N阶光微分器相结合的方法产生超宽带高阶高斯脉冲，其中外调制器采用MZM，当硅基环形谐振腔工作在临界耦合状态时，可以对光信号在时域上进行一阶微分操作，因此可以采用N个工作在临界耦合状态的硅基环形谐振腔级联的方式构成N阶光微分器。该方案采用硅基环形谐振腔构成的N阶微分器，对高斯信号在光域直接微分，来产生高阶高斯脉冲。
实用新型内容
本实用新型是一种基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，初衷是利用硅基环形谐振腔和MZM，来产生高阶高斯脉冲。其基本原理是对MZM设置适当的偏置电压，当电高斯脉冲序列施加到MZM上后，MZM产生高斯光脉冲，然后使用硅基环形谐振腔构成的N阶光微分器，在光域直接对高斯脉冲进行微分处理，用光学方法生成高阶高斯脉冲。
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，其特征在于：比特序列发生器、高斯脉冲发生器、射频信号功分器、射频信号移相器、连续波激光器、马赫增德尔调制器、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器…、第N硅基环形谐振腔一阶光微分器、光电检测器；
具体连接方式为：
比特序列发生器输出端接高斯脉冲发生器的输入端，高斯脉冲发生器的输出端接射频信号功分器输入端，射频信号功分器的第一电输出端口接马赫增德尔调制器的第一电驱动端口，射频信号功分器的第二电输出端口接射频信号移相器的输入端，射频信号移相器的输出端接马赫增德尔调制器的第二电驱动端口；
连续波激光器的输出端接马赫增德尔调制器的光输入端，马赫增德尔调制器的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
第一硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接第二硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
第二硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接第三硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
…
第N-1硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接第N硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
第N硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接光电检测器的输入端。
本实用新型的技术方案：
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，该发生装置包括比特序列发生器、高斯脉冲发生器、射频信号功分器、射频信号移相器、连续波激光器、马赫增德尔调制器、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器…、第N硅基环形谐振腔一阶光微分器、光电检测器。
具体连接方式为：
比特序列发生器输出端接高斯脉冲发生器的输入端，高斯脉冲发生器的输出端接射频信号功分器输入端，射频信号功分器的第一电输出端口接马赫增德尔调制器的第一电驱动端口，射频信号功分器的第二电输出端口接射频信号移相器的输入端，射频信号移相器的输出端接马赫增德尔调制器的第二电驱动端口；
连续波激光器的输出端接马赫增德尔调制器的光输入端，马赫增德尔调制器的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
第一硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接第二硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
第二硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接第三硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
…
第N-1硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接第N硅基环形谐振腔一阶光微分器的输入端；
第N硅基环形谐振腔一阶光微分器的输出端接光电检测器的输入端。
本实用新型的有益效果具体如下：
该实用新型的核心器件是马赫增德尔调制器和基于硅基环形谐振腔的N阶光微分器。设置合适的偏置电压，马赫增德尔调制器产生高斯脉冲，该高斯脉冲通过N阶光微分器后，产生N阶高斯脉冲。本实用新型结构简单、不涉及复杂昂贵的设备。马赫增德尔调制器为标准商用通信器材，硅基环形谐振腔制作简单，价格便宜。因此本实用新型是一种结构简单、经济效益高的高阶高斯脉冲光学发生装置。
附图说明
图1基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置示意图（N=1）。
图2硅基环形谐振腔传输谱。
图3基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置示意图（N=2）。
图4基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置示意图（N=3）。
图5基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置示意图（N=4）。
具体实施方式
下面结合附图1至5，对基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置作进一步描述。
实施例一
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，如图1所示，该发生装置包括比特序列发生器1、高斯脉冲发生器2、射频信号功分器3、连续波激光器4、射频信号移相器5、马赫增德尔调制器6、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、光电检测器8。
具体连接方式为：
比特序列发生器1输出端接高斯脉冲发生器2的输入端，高斯脉冲发生器2的输出端接射频信号功分器3输入端，射频信号功分器3的第一电输出端口31接马赫增德尔调制器6的第一电驱动端口61，射频信号功分器3的第二电输出端口32接射频信号移相器5的输入端，射频信号移相器5的输出端接马赫增德尔调制器6的第二电驱动端口62；
连续波激光器4的输出端接马赫增德尔调制器6的光输入端，马赫增德尔调制器6的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输入端，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输出端接光电检测器8的输入端。
在本实施例中N取1，连续波激光器4产生的光波中心波长为1554nm，硅基环形谐振腔一阶光微分器71传输谱如图2所示；
设置比特序列发生器1的码率为10Gb/s，模式为16个bit里面有1个“1”，其余15个为“0”；设置高斯脉冲发生器2的高斯脉冲幅度为1.414a.u.，宽度为0.5bit；设置射频信号移相器5的相位偏移量为180度；
设置马赫增德尔调制器6半波电压为4V，设置直流偏置电压为4V，使得其输出为高斯光脉冲；
马赫增德尔调制器6产生的高斯光脉冲经过第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71后，产生一阶高斯光脉冲，经过光电检测器8检测后，得到超宽带一阶高斯脉冲。
实施例二
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，如图3所示，该发生装置包括比特序列发生器1、高斯脉冲发生器2、射频信号功分器3、连续波激光器4、射频信号移相器5、马赫增德尔调制器6、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72、光电检测器8。
具体连接方式为：
比特序列发生器1输出端接高斯脉冲发生器2的输入端，高斯脉冲发生器2的输出端接射频信号功分器3输入端，射频信号功分器3的第一电输出端口31接马赫增德尔调制器6的第一电驱动端口61，射频信号功分器3的第二电输出端口32接射频信号移相器5的输入端，射频信号移相器5的输出端接马赫增德尔调制器6的第二电驱动端口62；
连续波激光器4的输出端接马赫增德尔调制器6的光输入端，马赫增德尔调制器6的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输入端，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输出端接第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72的输入端，第二硅基环形谐振腔光微分器72的输出端接光电检测器8的输入端。
在本实施例中N取2，连续波激光器4产生的光波中心波长为1554nm，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71传输谱和第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72传输谱如图2所示；
设置比特序列发生器1的码率为10Gb/s，模式为16个bit里面有1个“1”，其余15个为“0”；设置高斯脉冲发生器2的高斯脉冲幅度为1.414a.u.，宽度为0.5bit；设置射频信号移相器5的相位偏移量为180度；
设置马赫增德尔调制器6半波电压为4V，设置直流偏置电压为4V，使得其输出为高斯光脉冲；
马赫增德尔调制器6产生的高斯光脉冲经过第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72后，产生二阶高斯光脉冲，经过光电检测器8检测后，得到超宽带二阶高斯脉冲。
实施例三
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，如图4所示，该发生装置包括比特序列发生器1、高斯脉冲发生器2、射频信号功分器3、连续波激光器4、射频信号移相器5、马赫增德尔调制器6、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72、第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73、光电检测器8。
具体连接方式为：
比特序列发生器1输出端接高斯脉冲发生器2的输入端，高斯脉冲发生器2的输出端接射频信号功分器3输入端，射频信号功分器3的第一电输出端口31接马赫增德尔调制器6的第一电驱动端口61，射频信号功分器3的第二电输出端口32接射频信号移相器5的输入端，射频信号移相器5的输出端接马赫增德尔调制器6的第二电驱动端口62；
连续波激光器4的输出端接马赫增德尔调制器6的光输入端，马赫增德尔调制器6的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输入端，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输出端接第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72的输入端，第二硅基环形谐振腔光微分器72的输出端接第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73的输入端，第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73的输出端接光电检测器8的输入端。
在本实施例中N取3，连续波激光器4产生的光波中心波长为1554nm，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71传输谱、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72传输谱和第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73传输谱如图2所示；
设置比特序列发生器1的码率为10Gb/s，模式为16个bit里面有1个“1”，其余15个为“0”；设置高斯脉冲发生器2的高斯脉冲幅度为1.414a.u.，宽度为0.5bit；设置射频信号移相器5的相位偏移量为180度；
设置马赫增德尔调制器6半波电压为4V，设置直流偏置电压为4V，使得其输出为高斯光脉冲；
马赫增德尔调制器6产生的高斯光脉冲经过第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72、第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73后，产生三阶高斯光脉冲，经过光电检测器8检测后，得到超宽带三阶高斯脉冲。
实施例四
基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，如图5所示，该发生装置包括比特序列发生器1、高斯脉冲发生器2、射频信号功分器3、连续波激光器4、射频信号移相器5、马赫增德尔调制器6、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72、第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73、第四硅基环形谐振腔一阶光微分器74、光电检测器8。
具体连接方式为：
比特序列发生器1输出端接高斯脉冲发生器2的输入端，高斯脉冲发生器2的输出端接射频信号功分器3输入端，射频信号功分器3的第一电输出端口31接马赫增德尔调制器6的第一电驱动端口61，射频信号功分器3的第二电输出端口32接射频信号移相器5的输入端，射频信号移相器5的输出端接马赫增德尔调制器6的第二电驱动端口62；
连续波激光器4的输出端接马赫增德尔调制器6的光输入端，马赫增德尔调制器6的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输入端，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71的输出端接第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72的输入端，第二硅基环形谐振腔光微分器72的输出端接第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73的输入端，第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73的输出端接第四硅基环形谐振腔一阶光微分器74的输入端，第四硅基环形谐振腔一阶光微分器74的输出端接光电检测器8的输入端。
在本实施例中N取4，连续波激光器4产生的光波中心波长为1554nm，第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71传输谱、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72传输谱、第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73和第四硅基环形谐振腔一阶光微分器74传输谱如图2所示；
设置比特序列发生器1的码率为10Gb/s，模式为16个bit里面有1个“1”，其余15个为“0”；设置高斯脉冲发生器2的高斯脉冲幅度为1.414a.u.，宽度为0.5bit；设置射频信号移相器5的相位偏移量为180度；
设置马赫增德尔调制器6半波电压为4V，设置直流偏置电压为4V，使得其输出为高斯光脉冲；
马赫增德尔调制器6产生的高斯光脉冲经过第一硅基环形谐振腔一阶光微分器71、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器72、第三硅基环形谐振腔一阶光微分器73、第四硅基环形谐振腔一阶光微分器74后，产生四阶高斯光脉冲，经过光电检测器8检测后，得到超宽带四阶高斯脉冲。
Claims (1)
1.基于硅基环形谐振腔的高阶高斯脉冲光学发生装置，其特征在于：该发生装置包括比特序列发生器（1）、高斯脉冲发生器（2）、射频信号功分器（3）、连续波激光器（4）、射频信号移相器（5）、马赫增德尔调制器（6）、第一硅基环形谐振腔一阶光微分器（71）、第二硅基环形谐振腔一阶光微分器（72）…第N硅基环形谐振腔一阶光微分器光衰减器（7N）、光电检测器（8）；
所述的器件之间的连接方式为：
比特序列发生器（1）输出端接高斯脉冲发生器（2）的输入端，高斯脉冲发生器（2）的输出端接射频信号功分器（3）输入端，射频信号功分器（3）的第一电输出端口（31）接马赫增德尔调制器（6）的第一电驱动端口（61），射频信号功分器（3）的第二电输出端口（32）接射频信号移相器（5）的输入端，射频信号移相器（5）的输出端接马赫增德尔调制器（6）的第二电驱动端口（62）；
连续波激光器（4）的输出端接马赫增德尔调制器（6）的光输入端，马赫增德尔调制器（6）的光输出端接第一硅基环形谐振腔一阶光微分器（71）的输入端；
第一硅基环形谐振腔一阶光微分器（71）的输出端接第二硅基环形谐振腔一阶光微分器（72）的输入端；
第二硅基环形谐振腔一阶光微分器（72）的输出端接第三硅基环形谐振腔一阶光微分器（73）的输入端；
…
第N-1硅基环形谐振腔一阶光微分器（7N-1）的输出端接第N硅基环形谐振腔一阶光微分器（7N）的输入端；
第N硅基环形谐振腔一阶光微分器（7N）的输出端接光电检测器（8）的输入端。
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