本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域和微波技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及光通信技術(shù)中利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡光電探測器產(chǎn)生三角波信號的轉(zhuǎn)置及方法。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，大容量甚至超大容量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)電光信號處理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度高、處理速率低、消耗嚴重等缺點凸顯，而全光信號處理的復(fù)雜程度和耗能程度遠不及電光處理技術(shù)，可以從根本上解決傳統(tǒng)電光信號處理中“電子瓶頸”的問題。近來，高重復(fù)頻率的具有特殊時域形狀的超短光脈沖的產(chǎn)生及其在全光信號處理中的應(yīng)用得到了深入研究，比如拋物型脈沖、矩形脈沖和三角形脈沖等。其中，三角形光脈沖在全光波長轉(zhuǎn)換、全光分插復(fù)用、全光時分復(fù)用一波分復(fù)用的信號轉(zhuǎn)換等應(yīng)用中顯示出比傳統(tǒng)的高斯脈沖或雙曲正割脈沖明顯的優(yōu)勢，是一種極具吸引力的特殊脈沖形狀。

三角形脈沖是一種在時域范圍內(nèi)具有線性上升沿和下降沿的特殊光脈沖形式。與方波一樣，三角波在頻譜中只有奇次諧波，不同的是三角波的高次諧波下降速度比方波的快得多，除此之外，三角形脈沖在波形上具有線性斜率，即三角形脈沖的強度前后沿均為變化率恒定的直線。由于其脈沖頻譜和波形線性的優(yōu)勢，三角形脈沖被廣泛的應(yīng)用于光子學(xué)領(lǐng)域，前景廣闊，比如：將三角形光脈沖作為泵浦光應(yīng)用于采用光纖自相位調(diào)制或交叉相位調(diào)制原理的波長轉(zhuǎn)換器中，實現(xiàn)高效的全光波長轉(zhuǎn)換，可以優(yōu)化波長轉(zhuǎn)換器的性能；將三角形光脈沖作為泵浦光還可以用于光脈沖信號的時域和頻域同時復(fù)制；除此之外，利用對稱的三角形光脈沖可以實現(xiàn)時分復(fù)用(TDM)到波分復(fù)用(WDM)的有效轉(zhuǎn)換；三角形脈沖還可以用來進行脈沖壓縮以及信號再生。由此可見，三角形光脈沖在全光信號處理領(lǐng)域扮演著十分重要的角色。

從時域波形劃分，可將三角形脈沖分為對稱三角形和非對稱三角形，其中非對稱三角形脈沖通常又被稱作鋸齒形脈沖。衡量一個三角形脈沖發(fā)生器性能的指標包括如下幾個方面：(1)功率輸出穩(wěn)定(2)重復(fù)速率可調(diào)(3)脈沖寬度可調(diào)(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，組成設(shè)備簡單易于獲得，小型化方便集成(5)設(shè)計成本低廉

目前光生三角形脈沖的技術(shù)主要可以分為三類，一是通過光學(xué)光譜整形，二是利用光纖的非線性，通過控制光纖的長度產(chǎn)生三角波，三是通過處理電光調(diào)制器的諧波。研究表明，第三種方案中，通過合理控制調(diào)整正弦脈沖信號的傅里葉分量就可以得到全周期的三角形脈沖序列。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用雙平行相移鍵控調(diào)制器結(jié)合平衡探測產(chǎn)生倍頻三角形脈沖的方法。通過簡單合理的參數(shù)設(shè)置，達到抑制4次諧波的效果，從而得到較高質(zhì)量的全周期倍頻三角形脈沖信號。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：所述裝置包括光源1、射頻信號源2，電放大器3、電功分器4、電功分器5、電移相器6、電功分器7、電移相器8、雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器9、偏振控制器10、偏振分束器11，平衡光電探測器12。；光源的輸出端口與雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器的輸入端口相連；調(diào)制器的輸出端依次連接一個偏振控制器和偏振分束器；偏振分束器的兩個輸出端口分別連接到平行光電探測器的兩個輸入端口；偏振分束器輸出的光信號可接光頻譜儀進行測試，光電探測器的輸出端可接頻譜分析儀與采樣示波器進行測試。

上述雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器由兩個雙平行馬赫-曾德爾調(diào)制器組成，且兩個雙平行馬赫-曾德爾調(diào)制器分別位于正交相移鍵控調(diào)制器上下兩臂上，其中下臂集成一個90度偏振旋轉(zhuǎn)器，使下臂輸出的光信號與上臂輸出的光信號偏振態(tài)正交。

雙平行馬赫-曾德爾調(diào)制器包含三個馬赫-曾德爾調(diào)制器，其中一個馬赫-曾德爾調(diào)制器作為主調(diào)制器，另外兩個調(diào)制器作為子調(diào)制器嵌在主調(diào)制器中。

上述子調(diào)制器具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。子調(diào)制器具有獨立的射頻信號輸入端口和偏置端口；主偏置端口可以用來調(diào)整子調(diào)制器的輸出。

本發(fā)明在工作時包括以下步驟：

(1)從激光器發(fā)出波長為λ的光波注入到雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器中；

(2)將頻率為f的射頻本振信號經(jīng)過射頻放大器后，通過功分器分成兩路，每一路再通過功分器分成兩路，把其中兩路分別用來驅(qū)動子調(diào)制器Xa和Ya，剩下的兩路接移相器移相90度后分別驅(qū)動子調(diào)制器Xb和Yb。

(3)通過調(diào)節(jié)上臂三個調(diào)制器的偏壓，使兩個子調(diào)制器與一個主調(diào)制器都偏置在最大點，可以在雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器的上臂生成載波與正負4階邊帶。

(4)調(diào)節(jié)下臂三個調(diào)制器的偏壓，使兩個子調(diào)制器偏置在最大點，主調(diào)制器偏置在最小點生成正負2階邊帶，由于下臂集成一個90度偏振旋轉(zhuǎn)器，從調(diào)制器上下兩臂輸出的光信號具有兩個正交的偏振態(tài)。

(5)從調(diào)制器輸出的信號依次接入偏振控制器和偏振分束器，調(diào)節(jié)偏振控制器使輸出光信號的一個偏振態(tài)(X偏振或者Y偏振)相對于偏振分束器的一個原理軸有45度的夾角，因此在偏振分束器的每個輸出端都含有偏振復(fù)用的光信號，并且在一個輸出端口兩個偏振態(tài)同相耦合，在另一個輸出端口兩個偏振信號反相耦合。

(6)偏振分束器輸出的兩路光信號分別接入平衡光電探測器的兩個輸入端口，進入平衡光電探測器拍頻得到電信號。由于平衡光電探測器的共模抑制能力，正負2階邊帶拍頻生成4次諧波與光載波和正負4階邊帶拍頻生成的4次諧波被抑制，正負2階邊帶分別與光載波和正負4階邊帶拍頻生成的2次諧波與6次諧波得到加強。同時調(diào)節(jié)射頻信號源幅度改變調(diào)制指數(shù)，可以實現(xiàn)2次諧波與6次諧波的幅度之比為9，且相位相同，從而得到三角波信號。

本發(fā)明提出了一種新型光生倍頻三角波信號的裝置及方法，使用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器，結(jié)合偏振控制器以及平衡光電探測器，實現(xiàn)了對輸出信號光的偏振復(fù)用，利用平衡光電探測器的共模抑制能力來抑制4次諧波，增強2次諧波與6次諧波。調(diào)節(jié)調(diào)制指數(shù)使二次諧波與6次諧波幅度比為9且相位相同，實現(xiàn)倍頻三角波信號的生成。本發(fā)明設(shè)備簡單，具有很強的實際可操作性。

本發(fā)明不使用帶通濾波器，對載波的波長沒有嚴格要求。此外，由于采用了平衡光電探測器不需要額外的光帶通濾波器來選擇相應(yīng)的光邊帶，可調(diào)諧性好，當(dāng)改變射頻信號頻率時不需要改變其他參數(shù)。由于使用集成的偏振復(fù)用器件，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，且可以得到全周期的三角波信號，波形質(zhì)量較好。生成的三角波信號的重復(fù)率為射頻信號頻率的二倍，具有倍頻的功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器和平衡探測器生成三角波信號的裝置圖，圖2為倍頻三角波生成的原理圖，圖3為輸入射頻信號為5GHz時的實驗結(jié)果圖，其中：

(a)為雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器輸出的信號光譜圖；

(b)為光電探測器拍頻后生成信號的頻譜圖；

(c)為光電探測器拍頻后生成信號的時域波形圖。

圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)分別為輸入射頻信號為2GHz、3GHz、4GHz時，光電探測器拍頻后生成信號的時域波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例：

圖1為本發(fā)明利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器以及平衡光電探測產(chǎn)生倍頻三角波信號的裝置圖。其中雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器分別在兩個偏振態(tài)上對光載波進行強度調(diào)制，通過調(diào)節(jié)調(diào)制器偏置電壓使一個偏振態(tài)上產(chǎn)生光載波與正負4階光邊帶，在另一個偏振態(tài)上產(chǎn)生正負2階光邊帶；調(diào)節(jié)偏振控制器使輸出光信號的一個偏振態(tài)相對于偏振分束器的一個原理軸有45度的夾角，將偏振復(fù)用的光信號分別以同相與反相的方式的耦合；偏振分束器輸出的兩路光信號分別接入平衡光電探測器的兩個輸入端口，進入平衡光電探測器拍頻得到電信號。

如圖1所示，本實施例中，裝置包括：光源1、射頻信號源2，電放大器3、功分器4、功分器5、電移相器6、功分器7、電移相器8、雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器9、偏振控制器10、偏振分束器11，平衡光電探測器12。光源1的輸出端口與雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器9的輸入端口相連，射頻信號源2的輸出端與射頻放大器3的輸入端相連，放大器的輸出端與功分器4相連，功分器4輸出的兩路信號分別連接到功分器5與7。功分器5輸出的兩路信號中一路連接到電移相器6移相90度，功分器7輸出的兩路信號中的一路連接到移相器8移相90度。把移相的功分器5輸出的兩路正交射頻信號送入調(diào)制器9上臂的兩個射頻輸入端口，把移相的功分器7輸出的兩路射頻信號送入調(diào)制器9下臂的兩個射頻輸入端口。調(diào)節(jié)調(diào)制指數(shù)在調(diào)制器9上臂生成光載波與正負4階邊帶，在下臂生成正負2階邊帶。調(diào)制器9輸出的偏振復(fù)用的信號送入偏振控制器10與偏振分束器11，偏振分束器11的兩個輸出端口分別連接到平衡光電探測器12的兩個輸入端，經(jīng)過光電探測器拍頻后生成倍頻三角波。

本實例中，方法的具體實施步驟是：

步驟一：光源產(chǎn)生工作波長為1552.373nm、功率為10dBm的連續(xù)光波，連續(xù)光波輸入到雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器中，進入調(diào)制后，光載波功分兩路分別在調(diào)制器的上臂與下臂中傳播。

步驟二：射頻信號源輸出頻率為5GHz、功率為10dBm的本振信號，經(jīng)過射頻放大器后功率放大為24dBm，將放大后的射頻信號經(jīng)過功分器與移相器后分別送入調(diào)制器的4個射頻輸入端口對光載波進行強度調(diào)制。

步驟三：調(diào)節(jié)強度調(diào)制的偏置電壓，分別使上臂的兩個子調(diào)制器(Xa和Xb)與主調(diào)制器工作在最大點，從而在調(diào)制器上臂生成光載波與正負4階邊帶。調(diào)節(jié)下臂的偏置電壓使下臂的兩個子調(diào)制器(Ya和Yb)工作在最大點，主調(diào)制器工作在最小點，從而在調(diào)制器下臂生成正負2階邊帶。由于90度偏振旋轉(zhuǎn)器的存在，從圖3(a)可以明顯看出光載波與正負4階邊帶位于X偏振態(tài)，正負2階邊帶位于Y偏振態(tài)。

步驟四：調(diào)制器輸出的光信號依次連接偏振控制器與偏振分束器，調(diào)節(jié)偏振控制使調(diào)制器輸出信號的偏振態(tài)(X偏振或者Y偏振)與偏振分束器的一個原理軸有45度的夾角，從而在偏振分束器的兩個輸出端口生成偏振復(fù)用的光信號。

步驟五：將偏振分束器輸出的兩路光信號分別送入平衡光電探測器的兩個輸入端口進行光電轉(zhuǎn)換，最終產(chǎn)生了重復(fù)率是射頻信號頻率2倍的三角波信號。圖3(b)為經(jīng)過光電探測器之后生成信號的頻譜圖，圖3(c)為最終通過示波器觀察到的波形。由圖3(b)看出最終生成的信號主要由2次諧波和6次諧波組成，頻率分別是10GHz和30GHz，6次諧波的功率比2次諧波的功率小19.8dBm，滿足二次諧波與6次諧波幅度比為9的條件，同時二次諧波的功率比4次諧波功率高34.78dBm，滿足對4諧波實現(xiàn)抑制的目的。由圖3(c)可以看出最終生成的信號為三角波信號，且三角波信號的重復(fù)頻率為10GHz，符合三角波形重復(fù)頻率是射頻源信號頻率2倍的關(guān)系。

本實例同時驗證了所述發(fā)明的重復(fù)率可調(diào)諧性。當(dāng)輸入射頻信號的頻率分別為2GHz、3GHz、4GHz時，不需要調(diào)節(jié)其他參數(shù)按以上實驗步驟進行，實驗結(jié)果分別如圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)所示，可以看出當(dāng)射頻信號的輸入頻率改變時，始終可以得到三角波信號的輸出，且輸出三角波信號的重復(fù)率隨著射頻信號頻率的改變而改變，始終符合三角波形重復(fù)頻率是射頻源信號頻率2倍的關(guān)系。

綜上，本發(fā)明利用雙偏振正交相移鍵控調(diào)制器以及平衡探測器實現(xiàn)了倍頻三角波信號的生成，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，價格低廉，不受電子瓶頸影響。

總之，以上所述實施方案僅為本發(fā)明的實施例而已，并非僅用于限定本發(fā)明的保護范圍，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明公開的內(nèi)容上，還可以做出若干等同變形和替換，毫米波的頻率范圍不限于2-5GHz，如果使用10GHz的射頻本振，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生重復(fù)率20GHz的三角波信號。這些等同變形和替換以及頻率范圍的調(diào)整也應(yīng)視為本發(fā)明保護的范圍。