光單邊帶調(diào)制裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光信號(hào)調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光單邊帶調(diào)制裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光單邊帶調(diào)制(Optical Single Sideband Modulat1n)作為一種主要的光信號(hào)調(diào)制技術(shù)，在高速光纖通信系統(tǒng)、光載無線通信系統(tǒng)(Rad1 over Fiber)、高精度光器件測量、光纖傳感等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)光單邊帶調(diào)制的方法主要有光濾波法和干涉相消法兩類。光濾波法是讓電光調(diào)制器工作在小信號(hào)區(qū)域，僅產(chǎn)生光載波、正向一階諧波分量和負(fù)向一階諧波分量，然后利用光濾波器，如光纖布拉格光柵、基于馬赫增德爾干涉儀(Mach-ZehnderInterferometer)結(jié)構(gòu)的光濾波器或基于Sagnac干涉儀結(jié)構(gòu)的光濾波器，濾除其中一種一階諧波分量，從而實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制信號(hào)輸出。這種方法存在以下缺陷:一是當(dāng)光濾波器的帶寬較寬時(shí)，很難在不影響光載波和其他邊帶的情況下濾除一種一階諧波分量；二是當(dāng)光濾波器的寬帶較窄時(shí)，光單邊帶調(diào)制信號(hào)的頻率調(diào)諧范圍受到限制；三是光源和光濾波器的波長漂移受外界環(huán)境因素(如溫度、振動(dòng)等)的影響較大，通常需要復(fù)雜的反饋穩(wěn)定技術(shù)來保證通信系統(tǒng)的長期穩(wěn)定工作。干涉相消法是使用雙驅(qū)動(dòng)電光調(diào)制器，如雙驅(qū)動(dòng)馬赫增德爾調(diào)制器(Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator)或雙平行馬赫增德爾調(diào)制(Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator)，通過優(yōu)化兩路微波驅(qū)動(dòng)調(diào)制信號(hào)之間的相位差和電光調(diào)制器的直流偏置，使得電光調(diào)制器的上下兩路調(diào)制信號(hào)耦合時(shí)某一階諧波分量干涉相消，實(shí)現(xiàn)光單邊帶調(diào)制信號(hào)的生成。雖然該方法具有寬帶可調(diào)諧的能力，且電光調(diào)制器便于集成以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，但電光調(diào)制器是非線性器件，輸出的調(diào)制信號(hào)除載波和某一階諧波分量外，還包含許多其它的高階諧波分量，這些高階諧波分量不但在通信系統(tǒng)里面會(huì)引入頻率相關(guān)的功率損耗來限制通信距離，而且在高精度光器件測量中也會(huì)影響測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有光單邊帶調(diào)制技術(shù)的不足，提供一種光單邊帶調(diào)制裝置與方法，能夠有效地抑制光調(diào)制信號(hào)中的高階諧波分量。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種光單邊帶調(diào)制裝置，包括激光源、微波源、電光相位調(diào)制器、光濾波器和摻鉺光纖放大器，所述微波源的輸出端與所述電光相位調(diào)制器的微波輸入端連接，所述激光源的輸出端與所述電光相位調(diào)制器的光輸入端連接，所述電光相位調(diào)制器的輸出端與所述光濾波器的輸入端連接，所述光濾波器的輸出端與所述摻鉺光纖放大器的輸入端連接；所述激光源用于生成連續(xù)的光信號(hào)；所述微波源用于生成微波信號(hào)；所述電光相位調(diào)制器用于接收光信號(hào)和微波信號(hào)，并根據(jù)所述微波信號(hào)對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成包含光載波和多階諧波分量的光調(diào)制信號(hào)；所述光濾波器用于選通所述光調(diào)制信號(hào)的光載波以及正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量中的一者，濾除或衰減所述光調(diào)制信號(hào)的正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量中的另一者，使得正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量的幅值不相等；所述摻鉺光纖放大器用于調(diào)節(jié)所述光調(diào)制信號(hào)的信號(hào)功率，以使得所述光調(diào)制信號(hào)注入光纖時(shí)，所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和正向一階諧波分量或者所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和負(fù)向一階諧波分量達(dá)到受激布里淵散射閾值，進(jìn)而生成反向傳輸?shù)乃雇锌怂剐盘?hào)。
[0006]優(yōu)選地，所述光單邊帶調(diào)制裝置還包括光環(huán)形器，所述光環(huán)形器包括第一端、第二端和第三端，所述光環(huán)形器的第一端與所述摻鉺光纖放大器的輸出端連接，用于接收調(diào)節(jié)信號(hào)功率后的所述光調(diào)制信號(hào)；所述光環(huán)形器的第二端連接光纖，用于將所述光調(diào)制信號(hào)注入所述光纖以及接收所述光纖中反向傳輸?shù)乃鏊雇锌怂剐盘?hào)；所述光環(huán)形器的第三端用于輸出所述斯托克斯信號(hào)。
[0007]優(yōu)選地，所述光濾波器具體用于選通位于濾波通帶內(nèi)的所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和正向多階諧波分量，濾除或衰減位于濾波阻帶內(nèi)的負(fù)向多階諧波分量，或者選通位于濾波通帶內(nèi)的所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和負(fù)向多階諧波分量，濾除或衰減位于濾波阻帶內(nèi)的正向多階諧波分量。
[0008]優(yōu)選地，所述光濾波器為光帶通濾波器或光帶阻濾波器。
[0009]優(yōu)選地，所述電光相位調(diào)制器具體用于根據(jù)微波信號(hào)的頻率對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以改變所述光調(diào)制信號(hào)的諧波分量間隔。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明另采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種光單邊帶調(diào)制方法，包括:S1:生成微波信號(hào)和連續(xù)的光信號(hào)；S2:根據(jù)所述微波信號(hào)對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成包含光載波和多階諧波分量的光調(diào)制信號(hào)；S3:選通所述光調(diào)制信號(hào)的光載波以及正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量中的一者，濾除或衰減所述光調(diào)制信號(hào)的正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量中的另一者，使得正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量的幅值不相等；S4:調(diào)節(jié)所述光調(diào)制信號(hào)的信號(hào)功率，以使得所述光調(diào)制信號(hào)注入光纖時(shí)，所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和正向一階諧波分量或者所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和負(fù)向一階諧波分量達(dá)到受激布里淵散射閾值，進(jìn)而生成反向傳輸?shù)乃雇锌怂剐盘?hào)。
[0011]優(yōu)選地，所述光單邊帶調(diào)制方法還包括:接收調(diào)節(jié)信號(hào)功率后的所述光調(diào)制信號(hào)，并將所述光調(diào)制信號(hào)注入所述光纖，以接收并輸出所述光纖中反向傳輸?shù)乃鏊雇锌怂剐盘?hào)。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟S3具體為:選通位于濾波通帶內(nèi)的所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和正向多階諧波分量，濾除或衰減位于濾波阻帶內(nèi)的負(fù)向多階諧波分量，或者選通位于濾波通帶內(nèi)的所述光調(diào)制信號(hào)的光載波和負(fù)向多階諧波分量，濾除或衰減位于濾波阻帶內(nèi)的正向多階諧波分量。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟S2具體為:根據(jù)微波信號(hào)的頻率對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以改變所述光調(diào)制信號(hào)的諧波分量間隔。
[0014]區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的光單邊帶調(diào)制裝置與方法的有益效果是:
[0015]一、通過調(diào)節(jié)注入光纖中的光調(diào)制信號(hào)的信號(hào)功率，可僅讓光載波和正向或負(fù)向一階諧波分量產(chǎn)生反向傳輸?shù)乃雇锌怂剐盘?hào)，即僅包含光載波和正向或負(fù)向一階諧波分量的光單邊帶調(diào)制信號(hào)，從而完全消除了其余的高階諧波分量，該光單邊帶調(diào)制信號(hào)不但可以在通信系統(tǒng)中大大提高傳輸性能和距離，而且在高精度光器件測量中也能獲得更高的精度；
[0016]二、無需采用窄帶光濾波器來濾除正向或負(fù)向一階諧波分量，也無需多路微波信號(hào)，因而對(duì)激光源的波長漂移、電光調(diào)制器工作點(diǎn)波動(dòng)、環(huán)境溫度波動(dòng)、振動(dòng)等擾動(dòng)因素有很強(qiáng)的抵抗能力，通信系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定工作。
[0017]三、無需采用現(xiàn)有技術(shù)光濾波法中高性能(具有陡峭邊沿或超窄帶特性)光濾波器來濾除正向或負(fù)向一階諧波分量，也無需像現(xiàn)有技術(shù)干涉相消法那樣精確控制多路微波信號(hào)的相對(duì)相移量和電光調(diào)制器的靜態(tài)工作點(diǎn)，因而對(duì)激光源的波長漂移、外界環(huán)境溫度波動(dòng)和振動(dòng)等擾動(dòng)因素有很強(qiáng)的抵抗能力，系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定工作。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光單邊帶調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是圖1所示的光單邊帶調(diào)制裝置的電光相位調(diào)制器輸出的光調(diào)制信號(hào)的光譜圖。
[0020]圖3是圖1所示的電光相位調(diào)制器輸出的光調(diào)制信號(hào)通過光濾波器之后的光譜圖。
[0021]圖4是圖1所示的光單邊帶調(diào)制裝置的摻鉺光纖放大器輸出的光調(diào)制信號(hào)注入光纖后得到的反向傳輸?shù)乃雇锌怂剐盘?hào)的光譜圖。
[0022]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的光單邊帶調(diào)制方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]請參見圖1，是本發(fā)明實(shí)施例的光單邊帶調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中實(shí)線代表光域，虛線代表電域。本實(shí)施例的光單邊帶調(diào)制裝置包括激光源1、微波源2、電光相位調(diào)制器3、光濾波器4和摻鉺光纖放大器5，微波源2的輸出端與電光相位調(diào)制器3的微波輸入端連接，激光源I的輸出端與電光相位調(diào)制器3的光輸入端連接，電光相位調(diào)制器3的輸出端與光濾波器4的輸入端連接，光濾波器4的輸出端與摻鉺光纖放大器5的輸入端連接。
[0025]激光源I用于生成連續(xù)的光信號(hào)。微波源2用于生成微波信號(hào)。
[0026]電光相位調(diào)制器3用于接收光信號(hào)和微波信號(hào)，并根據(jù)微波信號(hào)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成包含光載波和多階諧波分量的光調(diào)制信號(hào)。其中，微波源2輸出的微波信號(hào)進(jìn)入電光相位調(diào)制器3的微波輸入端進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器3。電光相位調(diào)制器3被驅(qū)動(dòng)后，開始根據(jù)微波信號(hào)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。在本實(shí)施例中，電光相位調(diào)制器3具體用于根據(jù)微波信號(hào)的頻率對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以改變光調(diào)制信號(hào)的諧波分量間隔。如圖2所示，電光相位調(diào)制器3輸出的光調(diào)制信號(hào)包括光載波、正向多階諧波分量以及負(fù)向多階諧波分量。
[0027]光濾波器4用于選通光調(diào)制信號(hào)的光載波以及正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量中的一者，濾除或衰減光調(diào)制信號(hào)的正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量中的另一者，使得正向多階諧波分量和負(fù)向多階諧波分量的幅值不相等。其中，如果正向多階諧波分量或負(fù)向多階諧波分量被濾除，則輸出的光調(diào)制信號(hào)將不包含相應(yīng)的多階諧波分量。如果正向多階諧波分量或負(fù)向多階諧波分量被衰減，相應(yīng)的多階諧波分量的幅值減小。光濾波器4最終輸出的光調(diào)制信號(hào)包含完整的光載波和正向多階諧波分量，可能包含衰減后的負(fù)向多階諧波分量或者光濾波器4最終輸出的光調(diào)制信號(hào)包含完整的光載波和負(fù)向多