一种基于受激布里渊散射效应产生四倍频光载毫米波的方法和系统，利用由布里渊散射产生的斯托克斯光与泵浦光的拍频作为马赫增德尔调制器的驱动信号，对激光器输出光进行调制，实现自启动反馈环路，利用布里渊散射放大效应实现对负一阶边带的放大和正一阶边带的抑制，进一步增强斯托克斯光强和对应的反馈毫米波拍频，使调制深度增加，进而增强正负二阶边带的幅度，通过波长间插滤波器分离产生4倍于布里渊频移fB的光载毫米波并输出；该方法不需要射频源和复杂的控制系统，仅需要一个马赫增德尔调制器、一个波长间插滤波器、一段非线性介质、一个光电探测器和射频放大器就可以产生4fB的光载毫米波信号，具有稳定性高、倍频效率高、器件成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种产生四倍频光载晕米波的方法和系统
本专利技术涉及光通信和毫米波通信领域，尤其涉及光载射频(RoF)系统中心站的光载波产生，提供一种产生稳定性高、倍频效率高、成本低的光载毫米波产生方法和系统。
技术介绍
RoF(Radio over Fiber)技术用模拟光纤链路传输微波、毫米波信号，结合了光通信技术和微波通信技术优势，能够使无线通信有着更广的蜂窝覆盖、更宽的带宽、较低的成本、较低的功耗等优点，具有重要的应用前景，是目前国际上的研究热点之一。如何产生低噪声、窄线宽、高稳定性的光载毫米波是RoF系统的关键问题。本专利将光纤中的非线性效应——受激布里渊散射(SBS)——应用于RoF系统，以产生RoF系统中所需的高质量光载毫米波信号。非线性介质(NLM)在泵浦光的作用下，会产生一个相对于信号光频移为布里源频移的斯托克光，由于受激布里渊散射产生的斯托克斯光和泵浦光之间是相干度高，且利用受激布里渊散射倍频结构简单、线宽极窄、阈值功率低、强度噪声低、频率稳定，因此，利用SBS产生高阶倍频光信号具有很好的应用前景。SBS过程可经典地描述为泵浦光波、斯托克斯光波和声波之问的参量相互作用。泵浦光通过对非线性介质的电致伸缩产生声学波，该声学波对非线性介质的折射率周期性调制，产生折射率光栅。信号光通过该光栅时，由于光栅的布喇格散射，后向散射产生斯托克斯光。对石英光纤来说，在1550nm入射泵浦波的情况下,一阶斯托克光相对于信号光的频移约为I IGHz。目前已经提出的利用SBS产生倍频光载毫米波的方案，基本上可以归为三类:通过两个独立的光源产生光载毫米波，通过光源通过射频信号的外部光调制器产生光载毫米波，通过一种双频输出的激光器产生光载毫米波，即布里渊光纤激光器BFL。第一种方法中，通过两个独立的光源产生光载毫米波，该方法用来产生毫米波的两束光波来自独立的两个激光器，虽然结构简单，但是相位噪声和两个激光器各自频率的漂移直接转化加载在输出的毫米波信号上，噪声的影响非常大。第二种方法，通过一个光源接外部光调制器产生光载毫米波，由于布里渊增益的窄带特性，受激布里渊散射效应被用作窄带放大器，放大边带。但是系统结构复杂、且需要参考光。第三种方法，通过一种双频输出的激光器产生光载毫米波，虽然已实现高阶倍频输出，而且波长强度比较均匀，但是受高阶非线性效应以及外界温度等因素的影响较大，要避免各纵模的频率漂移，需要复杂的控制系统和精确复杂的参数调节、且带宽都在MHz量级。这些都是基于受激布里渊散射效应产生倍频光载毫米波方法，都存在需要解决的问题。本专利拟通过提出一种新的基于受激布里渊散射效应产生四倍频光载毫米波的方法和系统，由于泵浦光和信号光来自同一光源，并且利用铌酸锂马赫-曾德尔调制器的调制特性，所产生的各个频率成分具有较窄的线宽(达到kHz量级)和较高的相干性。并且由于采用反馈链路，利用由布里渊散射产生的斯托克斯光与泵浦光的拍频作为马赫-曾德尔调制器MZM的驱动信号实现自启动和反馈，无需额外射频源。另外，系统中只使用了受激布里渊散射产生的一阶斯托克斯波，受高阶非线性效应以及外界温度等因素的影响较小，稳定性高，勿需复杂的控制系统。该方法能够产生40GHz频段高质量的双频等幅光载毫米波，对系统设备的要求和实施成本低、系统的结构和功能简单，可靠性高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种新的基于受激布里渊散射SBS产生四倍频光载毫米波的方法和系统。本专利技术提供了一种基于受激布里渊散射效应产生四倍频光载毫米波的方法，用于光载射频RoF系统中光载毫米波的产生，利用由布里渊散射产生的斯托克斯光与泵浦光的拍频作为马赫-曾德尔调制器(MZM)的驱动信号实现自启动和反馈环路，产生的正负二阶边带通过波长间插滤波器(interleaver)分离产生4倍于布里渊频移fB的光载毫米波，并输出；该方法不需要射频源，仅需要一个MZM、一个波长间插滤波器、一段非线性介质、一个光电探测器(PD)和射频放大器(EA)就可以产生4fB的光载毫米波信号，具有稳定性高、倍频效率高、器件成本低的优点，其特征在于，其包括:频率为&的激光器发出的光波经耦合器分为两束，其中一束作为信号光经过铌酸锂马赫-曾德尔调制器调制和波长间插滤波器后，从一端注入一段非线性介质(可以是常规单模光纤或非线性光纤等)；另一束经掺饵光纤放大器(EDFA)放大后，从另一端注入非线性介质作为SBS的泵浦光；由于信号光和泵浦光频率相同且传播方向相反，根据SBS的原理，在起始阶段，可以认为MZM没有驱动信号，信号光只包含频率为的频率成份，在泵浦光的作用下，在与信号光相同方向产生频率为fQ-fB的布里渊边带，与信号光f0经过光电探测器ro转换为电信号，其中，频率为布里渊频移fB的射频信号经放大后作为驱动信号输入至MZM ；通过设置适当的MZM直流偏置电压使奇数阶边带被部分抑制、偶数阶边带具有较大幅度，经过波长间插滤波器将信号分为两部分，其中，中心载波和正负一阶边带部分仍然被提取出来注入到非线性介质，由于受激布里渊放大效应，正一阶边带进一步抑制，而负一阶边带被放大，从而经过ro拍频所得的射频信号增强；使1211的二阶边带产生增强，经波长间插滤波器分离，作为整个倍频系统的输出，得到40GHz频段的双频等幅光载毫米波；由于泵浦光和信号光来自同一光源，所以产生的各个频率成分具有较窄的线宽和较高的相干性；作为一种优选方法，系统中:采用铌酸锂马赫-曾德尔调制器，用于实现信号光的射频调制，响应频率和驱动电路频率均不低于fB，偏置于最大传输点附近，调节偏置电压和驱动信号的幅度，得到包含信号光、较小幅度的正负一阶边带和较大幅度的二阶边带的输出；作为一种优选方法，系统中:波长间插滤波器是将信号载波和正负一阶边带与正负二阶边带分离，不仅能够将有用边带提取出来作为系统输出，同时还能够将不需要输出的边带成分滤出并注入非线性介质；需要注意的是在interleaver的输出端要接上隔离器，防止反向的泵浦光注入；作为一种优选方法，系统中:非线性介质(NLM)可以是常规单模光纤或非线性光纤等，也可以是能够产生受激布里渊散射的任何气体、液体和固体；对光纤来说信号光和泵浦光的耦合较为简单，对其它非线性介质，需要保证信号光与泵浦光在的非线性介质中的有效耦合与空间模场的有效重合；本专利技术提供一种基于SBS效应产生四倍频光载毫米波的系统，其包括:激光器Laser、光稱合器(Coupler)、银酸锂马赫-曾德尔调制器(MZM)、波长间插滤波器(interleaver)、光隔离器(Isolator)、掺铒光纤放大器(EDFA)、非线性介质(HNLM)、光环行器(Circulor)、光电探测器(PD)和射频放大器(EA)；激光器:产生所需要的频率为&的窄线宽光波；光耦合器:用于将激光器发出光波分为两束，其中一束作为信号光经过铌酸锂马赫-曾德尔调制器的调制，另一束作为SBS的泵浦光从非线性介质的另一端注入；铌酸锂马赫-曾德尔调制器:用于实现信号光的射频调制，产生中心载波、较小幅度的正负一阶边带和较大幅度的二阶边带的输出；波长间插滤波器:用于将二阶边带和中心载波及一阶边带的分离，并从一端输出正负二阶边带作为整个系统的输出信号Jnte本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于受激布里渊散射效应产生四倍频光载毫米波的方法，其特征在于，其包括下述步骤： 频率为f0的激光器发出的光波经光耦合器被分为两束，其中一束作为信号光经铌酸锂马赫‑曾德尔调制器调制MZM和波长间插滤波器后，从一端注入一段非线性介质；另一束经掺饵光纤放大器EDFA放大后，从另一端注入非线性介质作为SBS的泵浦光； 由于信号光和泵浦光频率相同且传播方向相反，根据受激布里渊散射原理，在起始阶段，可以认为MZM没有驱动信号，信号光只包含频率为f0的频率成份，在同频泵浦光的作用下，在与信号光相同方向产生频率为f0‑fB的斯托克斯边带，与信号光f0经过光电探测器转换为电信号，其中，频率为布里渊频移fB的射频信号经放大后作为驱动信号输入至MZM； 通过设置适当的MZM直流偏置电压使奇数阶边带被部分抑制、而偶数阶边带具有较大幅度，经过波长间插滤波器将信号分为两部分，其中，中心载波和正负一阶边带部分仍然被提取出来注入到非线性介质，由于受激布里渊放大效应，正一阶边带被进一步抑制，而负一阶边带被放大，从而经过PD拍频所得的射频信号增强；进而增强MZM输出的二阶边带，经波长间插滤波器分离，作为整个倍频系统的输出，得到4倍于布里渊频移fB的双频等幅光载毫米波。...
【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊散射效应产生四倍频光载毫米波的方法，其特征在于，其包括下述步骤: 频率为fo的激光器发出的光波经光耦合器被分为两束，其中一束作为信号光经铌酸锂马赫-曾德尔调制器调制MZM和波长间插滤波器后，从一端注入一段非线性介质；另一束经掺饵光纤放大器EDFA放大后，从另一端注入非线性介质作为SBS的泵浦光； 由于信号光和泵浦光频率相同且传播方向相反，根据受激布里渊散射原理，在起始阶段，可以认为MZM没有驱动信号，信号光只包含频率为&的频率成份，在同频泵浦光的作用下，在与信号光相同方向产生频率为fcrfB的斯托克斯边带，与信号光&经过光电探测器转换为电信号，其中，频率为布里渊频移fB的射频信号经放大后作为驱动信号输入至MZM ； 通过设置适当的MZM直流偏置电压使奇数阶边带被部分抑制、而偶数阶边带具有较大幅度，经过波长间插滤波器将信号分为两部分，其中，中心载波和正负一阶边带部分仍然被提取出来注入到非线性介质，由于受激布里渊放大效应，正一阶边带被进一步抑制，而负一阶边带被放大，从而经过H)拍频所得的射频信号增强；进而增强MZM输出的二阶边带，经波长间插滤波器分离，作为整个倍频系统的输出，得到4倍于布里渊频移fB的双频等幅光载毫米波。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述铌酸锂马赫-曾德尔调制器: 采用铌酸锂马赫-曾德尔调制器，用于实现信号光的射频调制，响应频率和驱动电路频率均不低于fB，偏置于最大传输点附近，通过调节偏置电压得到包含中心载波、较小幅度的正负一阶边带和较大幅度的二阶边带的输出。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述波长间插滤波器: 波长间插滤波器是将信号载波和正负一阶边带与正负二阶边带分离，不仅能够将有用边带提取出来作为系统输出，同时还能够将不需要输出的边带成分滤出并注入非线性介质；需要注意的是在波长间插滤波器输出端的光隔离器防止反向的泵浦光注入。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的非线性介质: 可以是常规单模光纤或非线性光纤等，也可以是能够产生受激布里渊散射的任何气体、液体和固体介质；对光纤来说信号光和泵浦光的耦合较为简单，对其它非线性介质，需要保证信号光与泵浦光在的非线性介质中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马健新，刘雯，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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