專利名稱：一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖無線通信和微波光子技術，適用于光纖-無線通信系統(tǒng)技術、 微波光子、光纖傳感、光纖通信以及雷達等領域。
背景技術：
目前移動通信的發(fā)展極為迅猛，隨著國際上3G技術的實用化，移動無線接 入正向著寬帶寬、高速接入的方向發(fā)展。然而，隨著移動通信的迅猛發(fā)展，無 線頻譜資源缺乏的局限也越來越突出。但是集中了大多數(shù)業(yè)務的3GHz以下頻段 早己擁擠不堪，低頻段資源幾乎已經用盡。為了提高無線通信系統(tǒng)的容量和接 入速率，就必然要求提高其工作頻率。但是大氣環(huán)境對無線信號由于吸收和反 射所引起的損耗也會隨著信號頻率的增加而增加。
為了解決以上頻率資源匱乏等問題，提出了ROF (Radio Over Fiber)技術。 在ROF系統(tǒng)中，用光纖通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)無線通信中從中心站(CS， Central Station) 到基站(BS， Base Station )的一段微波傳輸，中心站通過光纖與多個功能簡單的 基站相連。所有的處理功能，包括調制解調、編解碼、路由等在中心站完成， 基站的主要功能是實現(xiàn)光信號和微波信號的轉換。在中心站，基帶電信號經過 電調制器調制到毫米波發(fā)生器產生的毫米波上，再送入光調制器，將該復合電 信號調制到從毫米波發(fā)生器處得到的可再用光載波上，以適用于光纖信道傳輸。 以上這些都在中心站完成。微波、毫米波發(fā)生技術是ROF技術的關鍵技術，目 前已有的毫米波發(fā)生技術包括直接調制、外調制和光外差方法等，其中光外差 以其優(yōu)異的性能成為產生光載毫米波的有效方法。
為了解決兩個激光器產生的激光相位不相關的問題，提出了雙光柵結構的 外差法，此方法見于裴軍，余重秀，馬建新，曾軍英等.ROF系統(tǒng)中毫米波產
生法的研究[J].有線電視技術.2007. 9(213): 45-48。該方法的實現(xiàn)包括 連續(xù)波激光器依次連接光隔離器、Y分器一字端，Y分器的兩個分叉端連接兩 個環(huán)形器和兩個光纖光柵，把基帶信號調制到其中一個光纖光柵的反射波上， 與另一個光纖光柵的反射波在光耦合器耦合后進入光電探測器差頻。優(yōu)點有相 位噪聲較小，產生的毫米波信號帶寬較窄等。但是在對其試驗方案研究后發(fā)現(xiàn), 因為光纖光柵的工藝局限，難于制造出反射帶寬足夠小的光柵濾波器以獲得高 頻譜純度的反射波用于基帶信號的調制和探測器處的差頻。除上述局限外，要 使激光器到兩個光柵的距離完全相等是極難的，甚至是不可實現(xiàn)的。因此由兩 個光纖光柵得到的兩束反射波相位就很難保持完全一致，這相當于人為引入了 相位噪聲。在傳輸過程中還會因為各種因素如色散的影響等使相位噪聲累積， 這也會導致接收端因相位噪聲過大而無法恢復基帶信號。在基站接收端，經光 電探測得到的射頻信號因摻雜了太多的無用復雜頻率分量而導致無法恢復基帶 信號。即使兩個光柵的反射譜帶寬減小到1G抬，在接收端仍然無法恢復基帶信 號。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫 米波發(fā)生裝置。把微波、毫米波的產生和調制分離，克服已有的電域或者光域 產生微波、毫米波信號的不足，降低了微波、毫米波產生裝置中對光纖光柵的 嚴格要求，克服了人為引入相位噪聲的缺陷，延長了傳輸距離，簡化了中心站、 基站結構，使得系統(tǒng)結構簡單，降低了系統(tǒng)的造價。
本發(fā)明的技術方案
本發(fā)明提出了一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，該發(fā)生 裝置包括由連續(xù)波激光器、光隔離器、Y分器連接成的激光產生和分束部分; 由光纖環(huán)形器、光纖光柵連接成的兩束差頻光波產生部分；由光耦合器、高速
光電探測器、高頻帶通濾波器連接成的光外差和濾波部分。 構成該發(fā)生裝置的器件的連接
連續(xù)波激光器依次連接光隔離器、Y分器的一字端、Y分器的一個分叉端 連接第一光環(huán)形器的第一端口 、另一個分叉端連接第二光環(huán)形器的第一端口 ； 第一光環(huán)形器的第二端口接第一光纖光柵；
第二光環(huán)形器的第二端口接第二光纖光柵；第一光環(huán)形器的第三端口和第 二光環(huán)形器第三端口的直接接光耦合器的兩個分叉端； 光耦合器的輸出經高速光電探測器接高頻帶通濾波器輸入端。 本發(fā)明的有益效果具體如下
本發(fā)明所述的一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，充分利用 光纖光柵的波長選擇特性，產生兩束頻率間隔為需要微波、毫米波頻率的光波， 通過光纖耦合器耦合進入高速光電探測器中，經過差頻實現(xiàn)微波、毫米波的輸 出。此發(fā)明不僅放寬了對光纖光柵濾波器的反射帶寬的要求，把微波、毫米波 的產生和調制分離，克服已有的電域或者光域產生微波、毫米波信號的不足。 同時，與光外差方法產生調制毫米波相比，此種方案可以獲得相對較低的相位 噪聲，因為把外差產生毫米波波和基帶數(shù)據調制傳輸分離，簡化了系統(tǒng)結構， 預期成本也很低，從而大大延長了傳輸距離。該裝置產生的微波、毫米波不僅 實現(xiàn)簡易、成本相對較低，具有更高的性價比。
圖1為一種基于雙均勻光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置。 圖2為一種基于雙啁啾光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置。 圖3為一種基于雙高斯切趾光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
實施例一
如圖1， 一種基于雙均勻光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，其構成的 器件之間的連接
連續(xù)波激光器10依次連接光隔離器20、 Y分器30的一字端、Y分器30的 一個分叉端連接第一光環(huán)形器40的第一端口 401、另一個分叉端連接第二光環(huán) 形器41的第一端口 411 ，第一光環(huán)形器40的第二端口 402接第一光纖光柵50; 第二光環(huán)形器41的第二端口412接第二光纖光柵51;
第一光環(huán)形器40的第三端口 403和第二光環(huán)形器41的第三端口 413直接 接光耦合器31的兩個分叉端、耦合器31的一字端經高速光電探測器60接高頻 帶通濾波器70輸入端。
第一光纖光柵50和第二光纖光柵51采用均勻光纖光柵。
第一光纖光柵50中心波長& =1553.007鵬
第二光纖光柵51中心波長^=1552.524"加
經過濾波器后產生的微波、毫米波頻率^^c(l/^-l/^)-60G/fz， c是光速。 該裝置產生的的微波、毫米波信號的頻率大小范圍為10 Gife到1000 G/fe。 一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置的工作原理 連續(xù)波激光器10產生的光載波信號經過光隔離器20進入Y分器30的一字 端，在Y分器的分叉端分為兩束輸出。 一束光載波經過光第一光環(huán)形器40的 401端口輸入到第一光纖光柵50，另一束光載波經過第二光環(huán)形器41的411端 口輸入到第二光纖光柵51，第一光纖光柵50的反射波經過第一光環(huán)形器40的 402端口返回第一光環(huán)形器40，經過第一光環(huán)形器40的403端口輸出到光耦合 器31，與經過第二光環(huán)形器41的413端口返回的第二光纖光柵51的反射波耦 合后輸入到高速光電探測器60中進行差頻，第一和第二光纖光柵的中心波長頻 率之差等于微波、毫米波頻率，差頻后產生包含/^的微波、毫米波波段。差頻
產生的微波、毫米波輸入到高頻帶通濾波器70濾除不需要的頻率分量，從而得 到下行鏈路所需的微波、毫米波。 實施例二
如圖2, —種基于雙啁啾光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，其構成的 器件之間的連接，同實施例一。
僅第一光纖光柵50和第二光纖光柵51采用啁啾光纖光柵。 第一光纖光柵50中心波長& =1553.007鵬 第二光纖光柵51中心波長^-1545.595"附
經過濾波器后產生的微波、毫米波頻率/^-c(l/^-l/A—1000Gife 該裝置產生的的微波、毫米波信號的頻率大小范圍為10 G他到1000 G抬。 一種基于雙啁啾光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置的工作原理， 同實施例一。 實施例三
如圖3， 一種基于雙高斯切趾光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，其構 成的器件之間的連接，同實施例一。
僅第一光纖光柵50和第二光纖光柵51采用高斯切趾光纖光柵。 第一光纖光柵50中心波長A =1553.007"附 第二光纖光柵51中心波長^=1552.927鵬
經過濾波器后產生的微波、毫米波頻率4-c(l/;^-l/;i^l0G歷 該裝置產生的的微波、毫米波信號的頻率大小范圍為10G/fe到1000G/fe。 一種基于雙高斯切趾光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置的工作原理，同實
施例一。
權利要求
1. 一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，該發(fā)生裝置包括連續(xù)波激光器(10)、光隔離器(20)、Y分器(30)連接成的激光產生和分束部分；第一光纖環(huán)形器(40)、第二光纖環(huán)形器(41)、第一光纖光柵(50)、第二光纖光柵(51)連接成的兩束差頻光波產生部分；光耦合器(31)、高速光電探測器(60)連接成的光外差部分；其特征在于，第一光纖環(huán)形器(40)的第三端口(403)和第二光纖環(huán)形器(41)的第三端口(413)直接接耦合器(31)的兩個分叉端；高速光電探測器(60)的輸出與高頻帶通濾波器(70)的輸入相連。
2 .根據權利要求1所述的一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生 裝置，其特征在于，第一光纖光柵(50)和第二光纖光柵(51)的反射帶寬之 和小于連續(xù)波激光器(10)輸出帶寬，兩個光纖光柵中心波長頻率之差等于產 生的微波、毫米波頻率。
3 .根據權利要求1所述的一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生 裝置，其特征在于，所述的第一光纖光柵(50)、第二光纖光柵(51)為均勻 光纖光柵、啁啾光纖光柵、高斯切趾光纖光柵或升余弦切趾光纖光柵。
4.根據權利要求1所述的一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝 置，其特征在于，該裝置產生的的微波、毫米波信號的頻率范圍為IOG他到 IOOOG他。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于雙光纖光柵結構的微波、毫米波發(fā)生裝置，涉及微波光子和光纖通信等領域。該發(fā)生裝置包括連續(xù)波激光器(10)、光隔離器(20)、Y分器(30)連接成的激光產生和分束部分；第一光纖環(huán)形器(40)、第二光纖環(huán)形器(41)、第一光纖光柵(50)、第二光纖光柵(51)連接成的兩束差頻光波產生部分；光耦合器(31)、高速光電探測器(60)連接成的光外差部分；第一光纖環(huán)形器(40)的第三端口(403)和第二光纖環(huán)形器(41)的第三端口(413)直接接耦合器(31)的兩個分叉端；高速光電探測器(60)的輸出與高頻帶通濾波器(70)的輸入相連。降低了微波、毫米波產生裝置對光纖光柵的嚴格要求。
文檔編號G02B6/27GK101382624SQ20081022544
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權日2008年10月31日
發(fā)明者吳樹強, 寧提綱, 祁春慧, 麗 裴, 蘭 郭 申請人:北京交通大學