基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的装置及方法，该发明专利技术涉及微波以及光通信技术领域，主要应用于微波光子信号处理。所述装置如附图所示，包括可调激光源(TLS)、双平行调制器(DPMZM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光环形器(OC)、布拉格光纤光栅(FBG)、法拉第旋转镜(FRM)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)、光电探测器(PD)。该方法利用DPMZM、FBG和FRM得到正交偏振复用的正负二阶边带光信号，结合PC和Pol调整正负二阶边带之间的相位差，之后经过PD拍频得到相移后的四倍频微波信号，可实现微波信号的360度连续移相且保持幅度基本不变。此外，本方案还有调谐范围宽、结构简单、操作性强，可用于多信道应用等优点。

A device and method for generating four frequency doubling signals based on a dual parallel modulator and the realization of microwave photonic phase shift

The invention discloses a device and a method for generating four frequency doubling signal based on double parallel modulator and realizing microwave photon phase shifting. The invention relates to the field of microwave and optical communication technology, and is mainly applied to microwave photonic signal processing. The device as shown in the drawings, including tunable laser source (TLS), double parallel modulator (DPMZM), erbium-doped fiber amplifier (EDFA), optical circulator (OC) and fiber Prague grating (FBG), a Faraday rotation mirror (FRM), polarization controller (PC), polarizer (Pol), photoelectric detector (PD). This method uses DPMZM, FBG and FRM have positive and negative orthogonal polarization multiplexing two order sideband optical signal with phase PC and Pol between positive and negative adjustment two order sideband difference after PD beat frequency phase shift after four frequency microwave signal, can achieve 360 degree continuous phase shift of microwave signals and keep the basic rate the same. In addition, the scheme also has the advantages of wide tuning range, simple structure, strong operability, and can be used in multi-channel applications.

【技术实现步骤摘要】
基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的装置及方法
本专利技术涉及光通信
和微波
，尤其涉及光通信技术中基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相。
技术介绍
微波光子学是近几十年微波与光子学融合的一门技术，它利用光子学技术生成、传输和处理微波信号，旨在克服传统微波技术在处理速度和传输带宽等方面的电子瓶颈，大幅度提高微波系统工作性能，或实现传统微波技术无法实现的功能。微波移相作为微波光子学中一个关键技术，在相控阵雷达、卫星通信、电子对抗等领域有着重要的作用。相比于传统的电移相技术，微波移相具有明显的优势，这种设计具有带宽更宽、可连续调相、调相范围大、抗电磁干扰强、损耗低等优势，更重要的是，微波光子移相器可以做到集成化，达到更小的体积以及更轻的重量。根据工作原理分类，目前主要有三种微波光子移相器：(1)基于矢量和技术的微波光子移相器，即将输入信号与附加信号进行矢量叠加，叠加后的信号即为输出信号，且输出信号的相位相对于输入信号的相位会产生改变，它的改变量与叠加信号的振幅以及初始相位相关。基于外差混频技术的微波光子移相器，即产生两路频率和相位稳定的光波，经过一定处理之后将两路光波分开，对其中一路光波的相位进行控制，之后再将两路光波合成，最后在光电探测器中拍频生成相位可调的射频信号。(2)基于光实时延迟线的微波光子移相器，即通过改变延迟线长度使加载在光信号上的微波信号经过不同的光程，实现对微波信号的相移。(3)基于外差混频技术的微波光子移相器，即产生两路频率和相位稳定的光波，经过一定处理之后将两路光波分开，对其中一路光波的相位进行控制，之后再将两路光波合成，最后在光电探测器中拍频生成相位可调的射频信号。基于外差混频技术可以直接将光学信号转换为微波信号，所以采用此技术的微波光系统不需要冗长的光学延迟线，而且采用此技术制作的移相器有一个最大的优点就是结构相对紧凑，比较容易实现集成化。另外，采用此技术在调相过程中不需要调节幅度，它的输出信号波动的范围也比较小。此技术主要缺点在于实现边带调制时对器件的结构要求相对复杂，或者需要对微波信号预先进行复杂的外部处理。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的装置及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：所述装置包括可调激光源(TLS)、双平行调制器(DPMZM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光环形器(OC)、布拉格光纤光栅(FBG)、法拉第旋转镜(FRM)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)、光电探测器(PD)；TLS的输出端和DPMZM相连，DPMZM的输出端与EDFA的输入端相连，EDFA的输出端与OC的输入端相连，OC一输出端通过FBG与FRM相连，OC另一输出端的输出被光分束器分为N路，每一路经PC与Pol的输入端相连，Pol的输出端与PD的输入端相连。上述的DPMZM由上下两个并行的MZMa、MZMb子调制器并联集成在一个主调制器(MZMc)上构成，子调制器上分别有射频输入口和直流偏压控制口，具有相同的结构和性能。主调制器拥有一直流偏压控制口。本专利技术在工作时包括以下步骤：1)TLS发出的光载波进入DPMZM中，光载波在DPMZM中等分为两部分，分别进入MZMa和MZMb中；2)射频信号驱动MZMa，设置偏置电压的大小使MZMa偏置在最大传输点，进行抑制奇次谐波的双边带调制。MZMb无射频信号驱动且偏置电压设置在最大点，光信号直接输出，不被调制。MZMc偏置在最小点，在DPMZM的输出端可以得到抑制载波的二阶边带信号；3)DPMZM的输出的信号经EDFA放大补充能量的损耗后，抑制载波二阶边带信号通过光环行器进入FBG，通过调节TLS的波长，使正二阶边带落入FBG陷波点的中心，被反射回OC；负二阶边带通过FBG，最终经过FBG后被FRM反射回OC，其偏振方向被旋转了90度；4)正负二阶边带在OC中重新合并，得到了正交偏振复用的抑制载波二阶边带信号；5)合并后的正交偏振信号被光分束器分成N路，每一路原理相同。通过调节PC，使正交偏振信号经过Pol后，合并成一个方向的线偏振光。6)起偏器输出的信号经过光电探测器拍频可以得到四倍频微波信号，再通过调节Pol之前的PC，使四倍频微波信号的相移在360°范围内任意调整；7)改变射频源频率，重复步骤2，3，4，5，6。本专利技术提出了一种基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的方法，该方法利用DPMZM、FBG、FRM等产生正交偏振的抑制载波二阶边带信号，通过调节PC和Pol对输出信号的正负二阶边带之间的相位差进行控制，从而在光电探测后得到不同相移的四倍频微波信号。本专利技术可产生四倍频微波信号，通过调节每一路上Pol前的PC，四倍频微波信号的相移就可以独立的在360度内任意调整并且幅度几乎不发生变化。因此本方案调谐范围宽、结构简单、具有很强的可操作性，并且可用于多信道应用。本专利技术直接在光域进行移相，通过对光信号的处理达到微波信号移相的目的，克服了传统微波移相频带带宽小、抗干扰性能差、移相范围小、响应速度慢的等劣势，系统的性能得到了很大的提高。附图说明图1为本专利技术基于DPMZM实生成四倍频信号以及实现微波光子移相的原理图；图2为FBG的透射谱和反射谱；图3为在方案的特定位置测的的光谱图：(a)射频信号为3GHz时，FBG的反射谱，滤波前的抑制载波二阶边带以及滤波后的正二阶边带；(b)射频信号为3GHz时，FBG的透射谱，滤波前的抑制载波二阶边带以及滤波后的负二阶边带；(c)射频信号为4GHz时，FBG的反射谱，滤波前的抑制载波二阶边带以及滤波后的正二阶边带；(d)射频信号为4GHz时，FBG的透射谱，滤波前的抑制载波二阶边带以及滤波后的负二阶边带；图4为生成的电谱图：(a)射频信号为3GHz时，生成的12GH信号的电谱图；(b)射频信号为4GHz时，生成的16GHz信号的电谱图；图5为生成的四倍频信号的时域波形：(a)为信号发生器产生的触发信号，与PD得到的四倍频信号具有相同的频率和幅度；(b)～(i)分别为当四倍频信号相移为0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度时对应的波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术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，但本专利技术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TLS、DPMZM、FBG、EDFA、OC、FRM、PC、Pol和PD。TLS与DPMZM的输入端相连，射频信号驱动DPMZM的上子调制器MZMa，其偏置电压设置在最大点，下子调制器MZMb射频输入端口空载，且偏置在最大点，主调制器MZMc偏置在最小点；DPMZM的输出端与EDFA的输入端相连，EDFA的输出端与OC的输入端相连，OC一输出端通过FBG与FRM相连，另一输出端的输出被分为N路，每一路均经PC与Pol的输入端相连，Pol的输出端与PD的输入端相连。使用电频谱仪和示波器分别观察生成的电信号以及信号的相移。本实例中，方法的具体实施步骤是：步骤一：可调谐激光源产生工作波长为1550.027nm、光功率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的装置及方法，包括可调激光源(TLS)、双平行调制器(DPMZM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光环形器(OC)、布拉格光纤光栅(FBG)、法拉第旋转镜(FRM)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)、光电探测器(PD)，其特征在于，TLS的输出端和DPMZM相连，DPMZM的输出端与EDFA的输入端相连，EDFA的输出端与OC的输入端相连，OC一输出端通过FBG与FRM相连，OC另一输出端的输出经过光分束器后被分为N路，每一路均经PC与Pol的输入端相连，Pol的输出端与PD的输入端相连。所述的DPMZM由上下两个并行的MZMa、MZMb子调制器并联集成在一个主调制器(MZMc)上构成，用射频信号驱动MZMa，且偏置在最大点，进行抑制奇次谐波的双边带调制，输出仅含有载波和正负二阶边带的光信号，MZMb偏置在最大点，射频输入端口空载，直接输出光载波，MZMc偏置在最小点，使上下两路光信号存在180度相位差，将光载波抑制，最后在DPMZM的输出端可以得到抑制载波的正负二阶边带信号。所述FBG用于反射信号的正二阶边带以及透射信号的负二阶边带。所述FRM用于反射经过FBG透射的负二阶边带，并引入90度的偏振角度。所述PC和Pol用于实现将OC输出的正交偏振复用光信号转化为线偏振光信号，通过调整PC，可以任意调整正负二阶边带之间的相位差，起偏器输出的线偏振光信号进入PD拍频后可以得到相移后的四倍频微波信号。...

【技术特征摘要】
1.基于双平行调制器生成四倍频信号以及实现微波光子移相的装置及方法，包括可调激光源(TLS)、双平行调制器(DPMZM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光环形器(OC)、布拉格光纤光栅(FBG)、法拉第旋转镜(FRM)、偏振控制器(PC)、起偏器(Pol)、光电探测器(PD)，其特征在于，TLS的输出端和DPMZM相连，DPMZM的输出端与EDFA的输入端相连，EDFA的输出端与OC的输入端相连，OC一输出端通过FBG与FRM相连，OC另一输出端的输出经过光分束器后被分为N路，每一路均经PC与Pol的输入端相连，Pol的输出端与PD的输入端相连。所述的DPMZM由上下两个并行的MZMa、MZMb子调制器并联集成在一个主调制器(MZMc)上构成，用射频信号驱动MZMa，且偏置在最大点，进行抑制奇次谐波的双边带调制，输出仅含有载波和正负二阶边带的光信号，MZMb偏置在最大点，射频输入端口空载，直接输出光载波，MZMc偏置在最小点，使上下两路光信号存在180度相位差，将光载波抑制，最后在DPMZM的输出端可以得到抑制载波的正负二阶边带信号。所述FBG用于反射信号的正二阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝磊，文爱军，王魏磊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61