本發(fā)明涉及微波光子學(xué)、微波信號(hào)生成領(lǐng)域，尤其是光子型變頻微波信號(hào)生成方法。
背景技術(shù)：
：高頻微波生成技術(shù)在光載無(wú)線通信系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)及傳感網(wǎng)絡(luò)中的一直起著關(guān)鍵性作用。目前，微波技術(shù)和應(yīng)用中采用和擬采用的微波頻段不斷攀升，這對(duì)傳統(tǒng)微波器件是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，因此利用光學(xué)方法產(chǎn)生微波信號(hào)成為一個(gè)極有吸引力的研究熱點(diǎn)。和傳統(tǒng)的微波產(chǎn)生方法比較，光子學(xué)方法具有低損耗，高帶寬特性，且不會(huì)受到電磁干擾。值得指出的是，利用光學(xué)方法生成的微波信號(hào)頻率往往僅受光電探測(cè)器帶寬的限制，因此，在高頻微波信號(hào)生成領(lǐng)域，光學(xué)方法有著一定的優(yōu)勢(shì)。就目前的研究進(jìn)展而言，有多種利用光學(xué)方法產(chǎn)生微波信號(hào)的方案。其中，利用光譜構(gòu)造結(jié)合頻域時(shí)域映射以及利用差頻光進(jìn)行拍頻的方法是兩種主要的微波信號(hào)生成方案。前者利用梳狀濾波器對(duì)寬譜光源進(jìn)行光譜構(gòu)造，接著通過(guò)色散介質(zhì)及光探測(cè)器進(jìn)行頻域到時(shí)域映射，進(jìn)而得到一定頻率的微波信號(hào)。后者將兩束頻率相近，偏振態(tài)相同的光波同時(shí)入射到高頻光探測(cè)器上進(jìn)行拍頻，得到的微波信號(hào)頻率由兩束光的頻率差決定。需要得指出的是：上述兩種技術(shù)路線都只能存在著各自的局限性。前者只能產(chǎn)生固定頻率的微波信號(hào)，一旦選用梳狀光濾波器固定，生成信號(hào)頻率也隨之固定。而后者產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率受波長(zhǎng)穩(wěn)定性影響，輸入光波長(zhǎng)的偏移都會(huì)導(dǎo)致生成微波信號(hào)頻率的變化，對(duì)選用器件要求較高。本發(fā)明給出了一種基于保偏光纖光柵的可調(diào)諧頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生方案。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于以上陳述的已有方案的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于保偏光纖光柵的可調(diào)諧頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生裝置，旨在保證產(chǎn)生穩(wěn)定頻移鍵控信號(hào)的前提下增加微波信號(hào)頻率的可調(diào)性。本發(fā)明的目的通過(guò)如下手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生裝置，一個(gè)激光器、強(qiáng)度調(diào)制器、光偏振調(diào)制器、保偏光纖光柵、光耦合器以及光電探測(cè)器順次級(jí)聯(lián)，微波信號(hào)源的信號(hào)輸出至強(qiáng)度調(diào)制器，另一激光器的信號(hào)輸出至光耦合器，上述強(qiáng)度調(diào)制器同時(shí)接收微波信號(hào)源輸出信號(hào)，上述光偏振調(diào)制器同時(shí)接收基帶數(shù)據(jù)信號(hào)。還具有兩個(gè)偏振控制器，其中一個(gè)偏振控制器接收所述強(qiáng)度調(diào)制器的輸出信號(hào)，該一個(gè)偏振控制器的輸出信號(hào)傳送至光偏振調(diào)制器，另一偏振控制器接收光偏振調(diào)制器的輸出信號(hào)，該另一偏振控制器的輸出信號(hào)傳送至保偏光纖光柵。所述保偏光纖光柵為保偏光纖布拉格光柵。本發(fā)明的另一目的是提供上述裝置的頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生方法。本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：將從一個(gè)激光器出射的光源以及由一個(gè)微波信號(hào)源發(fā)出的微波信號(hào)輸入強(qiáng)度調(diào)制器進(jìn)行載波抑制調(diào)制，在兩個(gè)波長(zhǎng)處各產(chǎn)生一個(gè)光頻信號(hào)組成雙頻光信號(hào)，該雙頻光信號(hào)與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)輸入光偏振調(diào)制器進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制，將基帶數(shù)據(jù)映射為光頻信號(hào)的偏振態(tài)，再經(jīng)過(guò)保偏光纖布拉格光柵的偏振相關(guān)濾波后，僅輸出其中一個(gè)波長(zhǎng)的單頻光信號(hào)，該單頻光信號(hào)與另一激光器出射的光源輸入光耦合器進(jìn)行拍頻，最后通過(guò)光電探測(cè)器產(chǎn)生頻移鍵控信號(hào)。所述強(qiáng)度調(diào)制器輸出的雙頻光信號(hào)先經(jīng)過(guò)一個(gè)偏振控制器處理后再通過(guò)光偏振調(diào)制器進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制；所述光偏振調(diào)制器的輸出信號(hào)先經(jīng)另一偏振控制器處理后，再經(jīng)過(guò)保偏光纖布拉格光柵進(jìn)行濾波。通過(guò)調(diào)節(jié)另一激光器輸出光波長(zhǎng)，改變與入射光信號(hào)波長(zhǎng)差，調(diào)諧所產(chǎn)生頻移鍵控信號(hào)的載頻；通過(guò)調(diào)節(jié)載波抑制調(diào)制產(chǎn)生的雙頻光信號(hào)頻率之差，改變由光電探測(cè)器拍頻得到的頻移鍵控信號(hào)雙載頻之和。將一個(gè)激光器出射的光源輸入到光強(qiáng)度調(diào)制器(也稱光學(xué)強(qiáng)度調(diào)制器)進(jìn)行載波抑制調(diào)制后，得到兩個(gè)正負(fù)一階邊帶，其與載頻的波長(zhǎng)差由加載到強(qiáng)度調(diào)制器上的射頻信號(hào)頻率決定。得到的雙頻光經(jīng)過(guò)偏振控制器偏振控制處理后輸入到光學(xué)偏振調(diào)制器中，將基帶數(shù)據(jù)映射到雙頻光載波的偏振態(tài)上，隨后將調(diào)制信號(hào)光輸入到保偏光纖布拉格光柵中，并通過(guò)一個(gè)偏振控制器保證入射光偏振態(tài)與光纖光柵主軸一致。由于保偏光纖布拉格光柵的濾波特性具有偏振相關(guān)性，雙頻信號(hào)光中僅一條光頻(即單頻光信號(hào))能通過(guò)，輸出的光頻信號(hào)與另一激光器輸出光共同注入一個(gè)光電探測(cè)器，通過(guò)拍頻得到射頻信號(hào)。由于得到的射頻頻率由兩束入射光的波長(zhǎng)差決定，而保偏光纖布拉格光柵的出射光波長(zhǎng)由基帶數(shù)據(jù)選擇，因此最終得到的射頻信號(hào)頻率被基帶數(shù)據(jù)調(diào)制，即產(chǎn)生頻移鍵控信號(hào)。并且，通過(guò)改變本地激光器的出射光波長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的載頻調(diào)諧。經(jīng)過(guò)以上設(shè)計(jì)后，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：在不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝置的基礎(chǔ)上，生成的頻移鍵控信號(hào)頻率可根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)節(jié)，并能在一個(gè)較大范圍內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加了光生微波技術(shù)的靈活性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在具體實(shí)施例中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明方案的系統(tǒng)(即微波信號(hào)產(chǎn)生裝置或稱載波頻率可調(diào)的頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生裝置)框圖。圖2是保偏光纖布拉格光柵的傳輸特性曲線圖。圖3a和圖3b分別是是兩激光器波長(zhǎng)分別設(shè)置為1550.995nm及1551.007nm時(shí)的光電探測(cè)器入射信號(hào)光譜以及得到的頻移鍵控信號(hào)頻譜。圖4a和圖4b分別是信號(hào)碼率為0.5Gb/s以及信號(hào)碼率為1Gbit/s時(shí)對(duì)應(yīng)的解調(diào)頻移鍵控信號(hào)得到的眼圖。圖5是得到的頻移鍵控信號(hào)載波頻率隨本地激光器波長(zhǎng)變化曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，本發(fā)明方案由兩個(gè)激光器100與101，一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器200(即光強(qiáng)度調(diào)制器)，一個(gè)光偏振調(diào)制器300，一個(gè)保偏光纖布拉格光柵400，一個(gè)光耦合器500和一個(gè)光電探測(cè)器600以及一個(gè)微波信號(hào)源(圖1中產(chǎn)生的信號(hào)輸入光偏振調(diào)制器300)構(gòu)成微波信號(hào)產(chǎn)生裝置。上述微波信號(hào)產(chǎn)生裝置還可包括兩個(gè)偏振控制器。一種頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生裝置，一個(gè)激光器100、強(qiáng)度調(diào)制器200、光偏振調(diào)制器300、保偏光纖光柵、光耦合器500以及光電探測(cè)器600順次級(jí)聯(lián)，微波信號(hào)源的信號(hào)輸出至強(qiáng)度調(diào)制器200，另一激光器101的信號(hào)輸出至光耦合器500，上述強(qiáng)度調(diào)制器200同時(shí)接收微波信號(hào)源輸出信號(hào)，上述光偏振調(diào)制器300同時(shí)接收基帶數(shù)據(jù)信號(hào)。頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生方法使用光學(xué)偏振調(diào)制器進(jìn)行基帶信號(hào)的光調(diào)制，將數(shù)據(jù)信號(hào)反映在入射光信號(hào)的偏振態(tài)上，然后經(jīng)過(guò)保偏光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)偏振相關(guān)的帶通濾波，之后得到的單頻光與本地激光器(指激光器101)輸出光進(jìn)行拍頻，由于保偏光纖布拉格光柵輸出光波長(zhǎng)由基帶數(shù)據(jù)確定，因此光電探測(cè)器產(chǎn)生的射頻信號(hào)頻率會(huì)隨加載基帶信號(hào)的變化而不同，從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。還具有兩個(gè)偏振控制器，其中一個(gè)偏振控制器接收所述強(qiáng)度調(diào)制器200的輸出信號(hào)，該一個(gè)偏振控制器的輸出信號(hào)傳送至光偏振調(diào)制器300，另一偏振控制器接收光偏振調(diào)制器300的輸出信號(hào)，該另一偏振控制器的輸出信號(hào)傳送至保偏光纖光柵。保偏光纖光柵為保偏光纖布拉格光柵400。將從一個(gè)激光器100出射的光源以及由一個(gè)微波信號(hào)源發(fā)出的微波信號(hào)輸入強(qiáng)度調(diào)制器200進(jìn)行載波抑制調(diào)制，在兩個(gè)波長(zhǎng)處各產(chǎn)生一個(gè)光頻信號(hào)組成雙頻光信號(hào)，該雙頻光信號(hào)與基帶數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)輸入光偏振調(diào)制器300進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制，將基帶數(shù)據(jù)映射為光頻信號(hào)的偏振態(tài)，再經(jīng)過(guò)保偏光纖布拉格光柵400的偏振相關(guān)濾波后，僅輸出其中一個(gè)波長(zhǎng)的單頻光信號(hào)，該單頻光信號(hào)與另一激光器101出射的光源輸入光耦合器500進(jìn)行拍頻，最后通過(guò)光電探測(cè)器600產(chǎn)生頻移鍵控信號(hào)。強(qiáng)度調(diào)制器200輸出的雙頻光信號(hào)先經(jīng)過(guò)一個(gè)偏振控制器處理后再通過(guò)光偏振調(diào)制器300進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)制；所述光偏振調(diào)制器300的輸出信號(hào)先經(jīng)另一偏振控制器處理后，再經(jīng)過(guò)保偏光纖布拉格光柵400進(jìn)行濾波。通過(guò)調(diào)節(jié)另一激光器101輸出光波長(zhǎng)，改變與入射光信號(hào)波長(zhǎng)差，調(diào)諧所產(chǎn)生頻移鍵控信號(hào)的載頻；通過(guò)調(diào)節(jié)載波抑制調(diào)制產(chǎn)生的雙頻光信號(hào)頻率之差，改變由光電探測(cè)器600拍頻得到的頻移鍵控信號(hào)雙載頻之和。由激光器100輸出的單頻光源頻率為fc，經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制器200進(jìn)行載波抑制調(diào)制，調(diào)制載波信號(hào)頻率為f1，產(chǎn)生的雙頻光信號(hào)可以用下式表示：A(t)＝C{exp[2πj(fc+f1)t]+exp[2πj(fc-f1)t]}(1)其中，C表示信號(hào)幅度。此信號(hào)輸入到光偏振調(diào)制器300后，其偏振態(tài)被基帶數(shù)據(jù)調(diào)制(當(dāng)數(shù)據(jù)為1時(shí)，輸出信號(hào)，當(dāng)數(shù)據(jù)為0時(shí)，輸出信號(hào)偏振態(tài)為∥)。隨后，信號(hào)被輸入到保偏光纖布拉格光柵，其濾波特性受輸入信號(hào)偏振態(tài)影響(如圖2，當(dāng)輸入信號(hào)偏振態(tài)為⊥時(shí)，濾波特性如實(shí)線所示；當(dāng)輸入信號(hào)偏振態(tài)為∥時(shí)，濾波特性為虛線所示)。因此通過(guò)保偏光纖布拉格光柵后，信號(hào)可表示為下式：A(t)=Cexp[2πj(fc+f1)t],(ai=1)Cexp[2πj(fc-f1)t],(ai=0)---(2)]]>其中ai表示基帶數(shù)據(jù)。接著，另一激光器101輸出的光源(頻率為fc′)通過(guò)光耦合器500與信號(hào)光耦合并輸入到光電探測(cè)器600進(jìn)行拍頻。得到的信號(hào)可表示如下：其中分別為初始相位。從上式可知，得到的信號(hào)為頻移鍵控信號(hào)，載波頻率分別為f1±(fc′-fc)，因此產(chǎn)生的頻移鍵控信號(hào)載頻可以通過(guò)改變兩個(gè)激光器的頻率差(fc′-fc)來(lái)調(diào)節(jié)。式(2)、式(3)中的j為虛數(shù)單位，t表示時(shí)間。根據(jù)上述方案原理，我們給出一組實(shí)驗(yàn)示例說(shuō)明該方案的有效性。設(shè)定激光器100與激光器101輸出光源波長(zhǎng)分別為1550.995nm及1551.007nm。加載到強(qiáng)度調(diào)制器上的射頻信號(hào)頻率為11GHz，輸入到光電探測(cè)器600的光信號(hào)光譜為如圖3a所示。經(jīng)過(guò)拍頻后得到的頻移鍵控信號(hào)頻譜如圖3b所示。由圖可見(jiàn)，產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)載頻分別為12.5GHz及9.5GHz。為檢驗(yàn)信號(hào)質(zhì)量，通過(guò)相應(yīng)的解調(diào)算法處理后得到的眼圖如圖4a、圖4b所示，基帶信號(hào)碼率分別為0.5Gbit/s及1Gbit/s。圖5給出了頻移鍵控信號(hào)載波頻率隨本地激光器波長(zhǎng)變化曲線。由圖可見(jiàn)，產(chǎn)生的頻移鍵控信號(hào)載波頻率可以在一個(gè)較大范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)可調(diào)。綜上所述，本發(fā)明的特征主要有以下兩點(diǎn)：(1)利用保偏光纖布拉格光柵偏振相關(guān)的濾波特性，實(shí)現(xiàn)雙頻信號(hào)光的光頻選擇，從而完成頻移鍵控信號(hào)的產(chǎn)生；(2)通過(guò)調(diào)節(jié)本地激光器(指圖1中的激光器101)輸出光波長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)生的頻移鍵控信號(hào)載頻實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)諧。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3