一種電光移頻裝置及其移頻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種電光移頻裝置及其移頻方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光信號(hào)移頻是光信號(hào)處理的重要手段之一,由于移頻只是光信號(hào)的中心頻率(或 者中心波長(zhǎng))進(jìn)行搬移,對(duì)于光信號(hào)的相位等重要信息沒(méi)有影響,在光通信信號(hào)的傳輸、交 換、上下路處理、備份以及光電子器件的測(cè)試分析有著廣泛的應(yīng)用前景。目前,具有高轉(zhuǎn)換 效率、頻率可調(diào)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成化潛力的移頻器需求越來(lái)越迫切。
[0003] 目前,許多研究學(xué)者致力研究的移頻原理主要包括原子移頻、聲光移頻、電光移 頻。
[0004] 原子移頻主要基于作用介質(zhì)中的原子能級(jí)相干性和轉(zhuǎn)化光場(chǎng)之間的相位關(guān)聯(lián)性 和強(qiáng)度關(guān)聯(lián)性進(jìn)行相干反饋的拉曼散射來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的頻譜搬移,雖然原子移頻器的頻率移 頻很大,產(chǎn)生的頻率移動(dòng)轉(zhuǎn)換光場(chǎng)可以是連續(xù)光場(chǎng)也可以是脈沖光場(chǎng),在傳播方向上會(huì)自 動(dòng)與未轉(zhuǎn)換的入射光場(chǎng)空間分離,但是該移頻方法面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜和轉(zhuǎn)變效率低于50 %的問(wèn) 題,嚴(yán)重限制了應(yīng)用。
[0005] 聲光移頻基于聲光衍射發(fā)生的多普勒頻移,聲光移頻工作穩(wěn)定、移頻效率較高,得 到廣泛的應(yīng)用,成為目前最常用的移頻器件,但是由于該器件需要實(shí)現(xiàn)聲光換能的叉指電 極結(jié)構(gòu),器件結(jié)構(gòu)體積龐大、電極結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)集成化和可調(diào)移頻,其應(yīng)用的局 限性凸顯。
[0006] 電光移頻基于電光效應(yīng)工作,轉(zhuǎn)換效率較高,調(diào)節(jié)容易且具有集成潛力的優(yōu)點(diǎn)逐 步得到研究學(xué)者的關(guān)注。比如:典型的電光移頻器采用電光單邊帶調(diào)制和窄帶帶阻光濾波 器構(gòu)成,由于單邊帶調(diào)制需要對(duì)電光調(diào)制器施加具有特定相位差的兩路電驅(qū)動(dòng)信號(hào)、而窄 帶帶阻濾波器要求只能濾除光載波,無(wú)論是電驅(qū)動(dòng)信號(hào)還是光濾波器構(gòu)造都極為復(fù)雜,因 此在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著許多困難,亟待結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的光信號(hào)移頻新方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電光移頻方法存在的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的問(wèn)題,而提供一種電光 移頻裝置及其移頻方法,具有高效率、頻移可調(diào)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成的特點(diǎn)。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0009] -種電光移頻裝置,其特征在于,包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器,所述電光 相位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的光輸出端 輸出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端。
[0010] -種電光移頻裝置的電光移頻方法,其特征在于,包括以下步驟:
[0011] (1)搭建電光移頻裝置,所述電光移頻裝置包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器, 所述電光相位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的 光輸出端輸出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端;
[0012] (2)設(shè)電光相位調(diào)制器的半波電壓為νπ,鋸齒波信號(hào)的頻率為匕、鋸齒波信號(hào)的幅 度為V s,其中Vs = 2Ν*νπ,Ν為正整數(shù);
[0013] ⑶中心頻率為f〇的待轉(zhuǎn)換光信號(hào)輸入到電光相位調(diào)制器,被步驟⑵中的鋸齒波 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,產(chǎn)生N*f s的移頻量,即是說(shuō)電光相位調(diào)制器的光輸出端輸出中心頻率為fo+ N*fs的移頻光信號(hào)。
[0014] 所述移頻后的光信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度為:
[0015]
[0016] 上述式中:Ao⑴為待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的幅度包絡(luò),fo為待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的中心頻率,匕為 鋸齒波信號(hào)的頻率,鋸齒波信號(hào)幅度vs與電光相位調(diào)制器的半波電Ην π的關(guān)系為1 = 2辦 νπ〇
[0017] 所述頻移量由N*fs由鋸齒波發(fā)生器的信號(hào)頻率fs和幅度Vs決定。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019] 本發(fā)明利用特定鋸齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器獲得電光移頻,較傳統(tǒng)的電光移 頻器,不論是器件結(jié)構(gòu)還是信號(hào)驅(qū)動(dòng)均大為簡(jiǎn)化,且具有轉(zhuǎn)換效率高、移頻頻率可調(diào)的優(yōu) 點(diǎn)。
[0020] 本發(fā)明基于電光相位調(diào)制結(jié)構(gòu),相比于原子移頻、聲光移頻,更易于集成,為實(shí)現(xiàn) 集成化電光移頻器提供了技術(shù)途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分 實(shí)施例,并不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出 創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他所用實(shí)施例,都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023] 結(jié)合附圖1,本發(fā)明的電光移頻裝置,包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器,所述 電光相位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的光輸 出端輸出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端。
[0024] 本發(fā)明的電光移頻裝置的電光移頻方法,包括以下步驟:
[0025] (1)搭建電光移頻裝置,所述電光移頻裝置包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器, 所述電光相位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的 光輸出端輸出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端;
[0026] (2)設(shè)電光相位調(diào)制器的半波電壓為νπ,鋸齒波信號(hào)的頻率為匕、鋸齒波信號(hào)的幅 度為V s,其中Vs = 2Ν*νπ,Ν為正整數(shù);
[0027] (3)中心頻率為fo的待轉(zhuǎn)換光信號(hào)輸入到電光相位調(diào)制器,被步驟(2)中的鋸齒波 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,產(chǎn)生N*fs的移頻量,即是說(shuō)電光相位調(diào)制器的光輸出端輸出中心頻率為fo+ N*fs的移頻光信號(hào)。
[0028] 所述移頻后的光信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度為:
[0029] E(t) =Ao(t)exp( j23Tf〇t+jmfst) (1)
[0030] 上述式中:其中t是時(shí)間,j表示復(fù)數(shù),Ao(t)為待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的幅度包絡(luò),fo為待轉(zhuǎn) 換光信號(hào)的中心頻率,fs為鋸齒波信號(hào)的頻率,m為電光相位調(diào)制器的調(diào)制系數(shù),可表示為:
[0031]
[0032] 1為鋸齒波信號(hào)的幅度,νπ*電光相位調(diào)制器的半波電壓。本發(fā)明采用鋸齒波信號(hào) 的幅值V s需有特定的要求,設(shè)定為電光相位調(diào)制器半波電壓Vj^2N倍,即ν3 = 2Ν*νπ,Ν為正 整數(shù),則結(jié)合(2)式,(1)式可變?yōu)椋?br>[0033]
[0034] 而待轉(zhuǎn)換光信號(hào)輸入時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度為:
[0035] Eo(t) = Ao(t)exp( j2jrf〇t)
[0036] 從式(3)中與待轉(zhuǎn)換光信號(hào)輸入時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比,看出待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的中 心頻率發(fā)生了移動(dòng),移頻量為鋸齒波頻率^的整數(shù)倍,從而本發(fā)明的電光移頻裝置的移頻 頻率可以通過(guò)鋸齒波信號(hào)的頻率或者幅度來(lái)調(diào)節(jié)。
[0037] 實(shí)施例一
[0038] 一束頻率為fo = 193100GHz的待轉(zhuǎn)換光信號(hào)送入到一個(gè)電光相位調(diào)制器進(jìn)行調(diào) 制,該電光相位調(diào)制器的半波電壓νπ = 4.5ν,一個(gè)鋸齒波發(fā)生器輸出鋸齒波信號(hào)接入到電 光相位調(diào)制器的電輸入端,則改變鋸齒波頻率和幅值,使待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的 頻移,獲得一個(gè)可調(diào)電光移頻裝置。
[0039] 鋸齒波信號(hào)的驅(qū)動(dòng)幅度設(shè)定為電光相位調(diào)制器半波電壓的2倍,即N=1時(shí),Vs = 9V,鋸齒波的頻率設(shè)定為f s = 0.1GHz。
[0040] 根據(jù)公式E(t)=Ao(t)eXp[j23i(fQ+Nfs)t],即待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的頻率相應(yīng)發(fā)生了fs =0.1GHz的頻移變化,則電光相位調(diào)制器輸出193100.1GHz的移頻光信號(hào)。
[0041 ] 實(shí)施例二
[0042] 一束頻率為fo = 193100GHz的待轉(zhuǎn)換光信號(hào)送入到一個(gè)電光相位調(diào)制器進(jìn)行調(diào) 制,該電光相位調(diào)制器的半波電壓νπ = 4.5ν,一個(gè)鋸齒波發(fā)生器輸出鋸齒波信號(hào)接入到電 光相位調(diào)制器的電輸入端,則改變鋸齒波頻率和幅值,使待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的 頻移,獲得一個(gè)可調(diào)電光移頻裝置。
[0043]鋸齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)幅度設(shè)定為電光相位調(diào)制器半波電壓的4倍,即Ν = 2時(shí),VS=18V, 鋸齒波的頻率設(shè)定為fs = 〇.〇8GHz。根據(jù)公式E(t)=AQ(t)eXp[j23i(fQ+Nf s)t],即待轉(zhuǎn)換光 信號(hào)的頻率相應(yīng)發(fā)生了 fs = 〇. 16GHz的頻移變化,則電光相位調(diào)制器輸出193100.16GHz的 移頻光信號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電光移頻裝置,其特征在于,包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器,所述電光相 位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的光輸出端輸 出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端。2. -種電光移頻裝置的電光移頻方法,其特征在于,包括以下步驟: (1) 搭建電光移頻裝置,所述電光移頻裝置包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器,所述 電光相位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的光輸 出端輸出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端; (2) 設(shè)電光相位調(diào)制器的半波電壓為νπ,鋸齒波信號(hào)的頻率為匕、鋸齒波信號(hào)的幅度為 Vs,其中Vs = 2Ν*νπ,Ν為正整數(shù); (3) 中心頻率為f〇的待轉(zhuǎn)換光信號(hào)輸入到電光相位調(diào)制器,被步驟(2)中的鋸齒波信號(hào) 進(jìn)行調(diào)制,產(chǎn)生N*fs的移頻量,即是說(shuō)電光相位調(diào)制器的光輸出端輸出中心頻率為fo+N*f s 的移頻光信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光移頻裝置的電光移頻方法,其特征在于,所述移頻后的光 信號(hào)電場(chǎng)強(qiáng)度為: 上述式中:Ao(t)為待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的幅度包絡(luò),fo為待轉(zhuǎn)換光信號(hào)的中心頻率,fs為鋸齒 波信號(hào)的頻率,鋸齒波信號(hào)幅度Vs與電光相位調(diào)制器的半波電Ηνπ的關(guān)系*ν8 = 2Ν*νπ。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光移頻裝置的電光移頻方法,其特征在于,所述頻移量由Ν* fs由鋸齒波發(fā)生器的信號(hào)頻率fs和幅度Vs決定。
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域,公開(kāi)了一種電光移頻裝置及其移頻方法,用于解決現(xiàn)有電光移頻方法存在的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的問(wèn)題。本發(fā)明的電光移頻裝置,包括電光相位調(diào)制器和鋸齒波發(fā)生器,所述電光相位調(diào)制器的光輸入端接入待轉(zhuǎn)換光信號(hào),移頻后的光信號(hào)由電光相位調(diào)制器的光輸出端輸出,鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接到電光相位調(diào)制器的電輸入端。本發(fā)明利用特定鋸齒波信號(hào)驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器獲得電光移頻,較傳統(tǒng)的電光移頻器,不論是器件結(jié)構(gòu)還是信號(hào)驅(qū)動(dòng)均大為簡(jiǎn)化,且具有轉(zhuǎn)換效率高、移頻頻率可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G02F1/03
【公開(kāi)號(hào)】CN105467625
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610068457
【發(fā)明人】張尚劍, 王恒, 鄒新海, 劉俊偉, 張雅麗, 陸榮國(guó), 劉永
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日