專(zhuān)利名稱(chēng)：基于n波長(zhǎng)注入與n倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
最近一段時(shí)間，頻率鎖定的光多載波或光梳多波長(zhǎng)產(chǎn)生技術(shù)引起了廣泛的研究興趣，因?yàn)槠渥鳛槌瑢拵Ч庠丛诠馔ㄐ拧⑽⒉ü庾?、光任意波形發(fā)生 器以及光測(cè)量信號(hào)處理等領(lǐng)域的應(yīng)用。特別是在Tb/s甚至以上速率的通行中，多波長(zhǎng)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，包括相干的密集波分復(fù)用系統(tǒng)，光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)等。通常而言，產(chǎn)生多載波的方法主要有以下幾種光梳和超連續(xù)譜技術(shù)，級(jí)聯(lián)的相位調(diào)制器或強(qiáng)度調(diào)制器技術(shù)，循環(huán)頻移環(huán)路技術(shù)等。最新的報(bào)道包括5. 4Tb/s的全光OFDM信號(hào)正是基于光的超連續(xù)譜產(chǎn)生技術(shù)。然而，由于這種產(chǎn)生方法的光信噪比低，無(wú)法適用于長(zhǎng)距離的傳輸。級(jí)聯(lián)的相位調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生多載波比較簡(jiǎn)單而且輸出穩(wěn)定，但是其產(chǎn)生的載波數(shù)量有限，其產(chǎn)生的數(shù)量強(qiáng)烈的依賴(lài)于驅(qū)動(dòng)的射頻電壓的大小。最新的報(bào)道，基于級(jí)聯(lián)調(diào)制器產(chǎn)生的I. 96Tb/s的全光OFDM方案中，載波數(shù)量為21條。傳統(tǒng)的單一倍頻的單邊循環(huán)頻移環(huán)路技術(shù)能產(chǎn)生數(shù)量較多的多載波，但是由于每次只能產(chǎn)生一條載波，產(chǎn)生的多載波的數(shù)量嚴(yán)格依賴(lài)于循環(huán)的次數(shù)，因此產(chǎn)生的載波的信噪比隨著載波數(shù)量而不斷劣化?；谏鲜鍪聦?shí)，本發(fā)明提出了一種基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置，使每次產(chǎn)生的多載波不是單一的，而是成倍產(chǎn)生，這樣可以有效的降低循環(huán)的次數(shù)，從而降低信噪比下降的趨勢(shì)，產(chǎn)生穩(wěn)定、平坦、信噪比高的多載波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠產(chǎn)生穩(wěn)定、平坦、信噪比高的多載波的裝置。本發(fā)明提出的多載波的產(chǎn)生裝置，是一種基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置，其結(jié)構(gòu)是由N波長(zhǎng)的光源，光耦合器，光放大器，N倍頻的單邊帶光頻移模塊，帶通濾波器以及偏振控制器構(gòu)成的光纖環(huán)路，通過(guò)控制合適的偏置條件與環(huán)路條件，光I禹合器的一個(gè)輸出口能輸出高信噪比、數(shù)量大的平坦多載波。本發(fā)明作為一種多載波產(chǎn)生裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高，產(chǎn)生的光多載波數(shù)量大、信噪比高，能作為多載波或多波長(zhǎng)源用在高速光通信、光學(xué)測(cè)量、光傳感等領(lǐng)域。本發(fā)明提出的基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置，其結(jié)構(gòu)如圖I所示。所述頻移環(huán)路由以下幾個(gè)部分依次電路連接組成光耦合器12，N倍頻的單邊帶頻移模塊13，光放大器16，寬帶光帶通濾波器15，偏振控制器14 #波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)源11與光耦合器12連接，作為頻移環(huán)路的種子光源；環(huán)路的一個(gè)輸入口用于N波長(zhǎng)光源注入，一個(gè)輸出口用于產(chǎn)生的多載波的輸出；整個(gè)環(huán)路由光纖鏈路17連接構(gòu)成。其中N倍的單邊帶光頻移模塊13，用來(lái)不斷的在頻移環(huán)路中產(chǎn)生單一方向的頻移，最終產(chǎn)生多載波輸出；其中，N為大于I的自然數(shù)。光放大器16，用于補(bǔ)償頻移環(huán)路的功率損傷，包括各個(gè)器件的插損、單邊帶頻移的調(diào)制功率損耗、光耦合器的輸出等；
寬帶光帶通濾波器15，用于控制整個(gè)裝置輸出多載波的數(shù)量和范圍，只有在帶通濾波器范圍之內(nèi)的多載波才會(huì)輸出；
光偏振控制器14，用于提高環(huán)路穩(wěn)定性，包括偏振、溫度、震動(dòng)等。本發(fā)明中，所述N波長(zhǎng)源的頻率間隔固定，輸出各個(gè)波長(zhǎng)的功率相同，是一種平坦的頻率鎖定的光多波長(zhǎng)源。本發(fā)明中，所述的N倍頻單邊帶光頻移模塊，能產(chǎn)生單一方向的頻移，并且其頻移 的大小為N倍的注入N波長(zhǎng)源的頻率間隔。也就是說(shuō)，能產(chǎn)生N倍于前述的頻率間隔的單一方向的頻移。本發(fā)明中，所述的光帶通濾波器，是帶通范圍是N載波源，以及在某一波長(zhǎng)方向(長(zhǎng)波長(zhǎng)或短波長(zhǎng))的帶通濾波器，其帶通范圍的大小，決定輸出多載波的數(shù)量和頻譜范圍。圖2為本發(fā)明的原理圖。N波長(zhǎng)的光源具有固定的頻率間隔fs和相同的光功率，可以表不為
,-I
馬 H exp[j2對(duì)X + Hfs)￡](I)
43
此處，是第一個(gè)光波長(zhǎng)的頻率，&是光源的固定光頻率間隔，卻是N波長(zhǎng)光源的各波長(zhǎng)載波的電場(chǎng)強(qiáng)度。在實(shí)際的利用中，N波長(zhǎng)的光源可以采用N個(gè)分立的光源耦合而成，也可以由一個(gè)光源通過(guò)外調(diào)制等方式產(chǎn)生。在環(huán)路中，若采用了 N倍頻的單邊帶頻移模塊，則可以一次產(chǎn)生N個(gè)頻移了的多載波，其載波間隔也是fs，而整個(gè)N波長(zhǎng)都頻移了 Nfs，經(jīng)過(guò)單邊帶的頻移后的信號(hào)的輸出E·可表示為
M-I
E燃=Σ exp[j2ir(X +njs + Nj\)t ](2)
-O
其中，A為頻移系數(shù)，用于表征頻移前后的幅度或功率系數(shù)?？紤]到環(huán)路，這些新產(chǎn)生的N載波在環(huán)路中分為兩部分，一部分輸出了，一部分與N波長(zhǎng)的光源耦合在一起進(jìn)入環(huán)路，并再次進(jìn)行新的頻移。因此，新的N個(gè)載波產(chǎn)生了，并整體都頻移了 Nfs。如此，這樣一圈一圈的下來(lái)，就可以產(chǎn)生越來(lái)越多的載波。同時(shí)，在每一圈的信號(hào)產(chǎn)生中，輸出信號(hào)通過(guò)耦合輸入后注入光放大器來(lái)補(bǔ)償環(huán)路的損失。考慮了光放大器和單載波頻移模塊的環(huán)路的傳遞函數(shù)可以表示為
Fm(J) = Sr exp(-ar)A &χρ02πψ/) exp(J0r) (3)
其中，&表示環(huán)路的放大器的增益系數(shù)，^表示環(huán)路的損耗系數(shù)，^表示環(huán)路相移。為了穩(wěn)定輸出，放大器增益要能補(bǔ)償環(huán)路損耗，即滿(mǎn)足Aexp {~ar) =1。這樣，最終的基于N波長(zhǎng)注入的N倍頻頻移環(huán)路的多載波輸出反可以表示為下式
U)=ΣΣ4.+ i 哪1辦)⑷其中，M為穩(wěn)定輸出的有效的環(huán)路次數(shù)，其值由寬帶的帶通濾波器帶寬B所決定。如此，循環(huán)次數(shù)M=B/Nfs。我們可以看到，對(duì)于傳統(tǒng)的一倍頻移的單邊帶頻移環(huán)路，因?yàn)槊看沃挥幸淮味噍d波產(chǎn)生，這樣有效的循環(huán)次數(shù)為K=MN=B/fs。因此，通過(guò)采用N多載波的注入和N倍頻的頻移，能有效的降低循環(huán)的次數(shù)，將有效循環(huán)次數(shù)降低到一倍頻頻移的1/N。由于載波串?dāng)_和ASE噪聲同有效循環(huán)次數(shù)密切相關(guān)，載波的串?dāng)_和ASE噪聲由于循環(huán)次數(shù)的積累而不斷積累。因此，降低循環(huán)次數(shù)意味著能有效的ASE噪聲的影響。本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果 1.能有效的降低循環(huán)頻移環(huán)路的有效循環(huán)次數(shù)，降低ASE噪聲和串?dāng)_的積累效應(yīng)，從而提高信號(hào)的輸出信噪比；
2.作為一種多載波產(chǎn)生裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高，產(chǎn)生的光多載波數(shù)量大；
3.相比于其他結(jié)構(gòu)，由于是單邊帶的頻移，相對(duì)于雙邊帶的頻移而言，環(huán)路更為穩(wěn)
定;
總之，基于上述優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出的方案能作為多載波或多波長(zhǎng)源用在高速光通信、光學(xué)測(cè)量、光傳感等領(lǐng)域。


圖I. 一種基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置示意圖。圖2. N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生原理圖。圖3.兩分立光源耦合輸入的兩倍頻頻移環(huán)路多載波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)圖。圖4.光譜圖。其中，(a)兩分立波長(zhǎng)注入的光譜圖，(b)經(jīng)過(guò)I/Q調(diào)制器單邊帶頻移后產(chǎn)生的新的載波的光譜圖。圖5.分立光源注入的整個(gè)環(huán)路輸出的多載波的光譜圖。圖6.基于單光源產(chǎn)生的兩波長(zhǎng)注入兩倍頻頻移環(huán)路實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖7. (a)載波抑制調(diào)制后產(chǎn)生的結(jié)果；(b)經(jīng)過(guò)濾波后得到的雙波長(zhǎng)光譜圖；(C)經(jīng)過(guò)I/Q調(diào)制器后產(chǎn)生的單邊帶頻移的新載波光譜圖。圖8.基于單波長(zhǎng)載波抑制后產(chǎn)生的兩波長(zhǎng)注入與兩倍頻頻移的最終輸出結(jié)果。圖9.兩種不同的兩波長(zhǎng)注入兩倍頻方案所產(chǎn)生的載波同單倍頻方案在信噪比隨載波數(shù)量變化的曲線(xiàn)對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(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)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(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(méi)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。如圖3所示為一個(gè)兩波長(zhǎng)耦合注入兩倍頻頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)裝置圖。此處，我們以N=2即兩個(gè)波長(zhǎng)和兩倍頻為例，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)情形。在圖3中，兩波長(zhǎng)是由兩個(gè)獨(dú)立的ECL耦合產(chǎn)生，其波長(zhǎng)分別為1553. 39nm和1553. 75nm，它們的輸出功率一直。而單邊帶的產(chǎn)生則由一個(gè)射頻驅(qū)動(dòng)的I/Q調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)適當(dāng)?shù)钠茫梢栽買(mǎi)/Q調(diào)制器上實(shí)現(xiàn)單邊帶的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)中，為了實(shí)現(xiàn)載波間隔為15GHz的光多載波，其驅(qū)動(dòng)的射頻信號(hào)為30GHz。一個(gè)EDFA摻鉺光纖放大器用來(lái)補(bǔ)償環(huán)路中的損失，其輸出的光功率定位23dBm。EDFA的噪聲系數(shù)為5dB。如圖4 (a)所示為兩個(gè)載波光譜，而圖4 (b)為當(dāng)驅(qū)動(dòng)為30GHz時(shí)的I/Q調(diào)制器的輸出結(jié)果。可以看出，整個(gè)載波在原來(lái)的基礎(chǔ)上頻移了 30GHz。通過(guò)I/Q調(diào)制器，能每次產(chǎn)生2個(gè)新的頻移了的載波。圖5顯示了整個(gè)輸出的多載波的光譜圖?？梢钥闯觯^(guò)95條頻率鎖定的頻率間隔為15GHz覆蓋從1553. 63到1565.07 nm的多載波，且多載波的信噪比要大于25. 3dB，其覆蓋的范圍超過(guò)了 llnm。圖6是基于單波長(zhǎng)產(chǎn)生的兩波長(zhǎng)注入兩倍頻頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)裝置圖。其環(huán)路的設(shè)置同圖3是一致的，而兩波長(zhǎng)的注入采用不是分立的光源而是基于載波抑制的兩波長(zhǎng)產(chǎn)生。通過(guò)射頻驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制激光器輸出光源，并偏振在O電壓點(diǎn)，能產(chǎn)生載波抑制效果，其結(jié)果就是調(diào)制后輸出了兩波長(zhǎng)。圖7 (a)是單波長(zhǎng)的激光器通過(guò)載波抑制后輸出的結(jié)果，可以看出產(chǎn)生了兩個(gè)間隔為O. 36nm的雙載波，如圖中所標(biāo)出的。此后，經(jīng)過(guò)·濾波器濾出這兩個(gè)載波，如圖7 (b)所示。這樣作為雙波長(zhǎng)的注入兩倍頻循環(huán)環(huán)路中的I/Q調(diào)制單邊帶調(diào)制之后也可以產(chǎn)生兩倍頻頻移，如圖7 (c)所示。圖8給出了最終的整個(gè)環(huán)路的輸出結(jié)果，可以看出，多于95條的覆蓋超過(guò)IInm從1553.81到1562. 26nm的多載波產(chǎn)生了，而且其信噪比大于23. 3dB。圖9給出了兩種本發(fā)明提出的基于兩波長(zhǎng)注入和兩倍頻頻移的實(shí)現(xiàn)方案的結(jié)果與單倍頻頻移產(chǎn)生的結(jié)果的信噪比隨著載波數(shù)量的變化的對(duì)比圖?？梢钥闯?，盡管通過(guò)兩種兩波長(zhǎng)產(chǎn)生于注入方式有所不同，產(chǎn)生的載波性能有2dB的差別，但是通過(guò)采用本發(fā)明提出的方法，其信噪比依然分別提高了 SdB和10dB，輸出的光載波的性能得到了大幅度的提升。因此，本發(fā)明所提出的方案相比于傳統(tǒng)的單倍頻方案具有很大的優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置，其特征在于所述頻移環(huán)路由以下幾個(gè)部分依次電路連接組成光耦合器，N倍頻的單邊帶頻移模塊，光放大器，寬帶光帶通濾波器，偏振控制器；N波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)源與光耦合器連接，作為頻移環(huán)路的種子光源；環(huán)路的一個(gè)輸入口 用于N波長(zhǎng)多波光源注入，一個(gè)輸出口用于產(chǎn)生的多載波的輸出；整個(gè)環(huán)路由光纖鏈路連接構(gòu)成；其中 N倍的單邊帶光頻移模塊，用來(lái)不斷的在頻移環(huán)路中產(chǎn)生單一方向的頻移，最終產(chǎn)生多載波輸出；其中，N為大于I的自然數(shù)。
2.光放大器，用于補(bǔ)償頻移環(huán)路的功率損傷，該功率損傷包括各個(gè)器件的插損、單邊帶頻移的調(diào)制功率損耗、光耦合器的輸出損耗； 寬帶光帶通濾波器，用于控制整個(gè)裝置輸出多載波的數(shù)量和范圍，只有在帶通濾波器范圍之內(nèi)的多載波才會(huì)輸出； 光偏振控制器，用于提高環(huán)路穩(wěn)定性，包括偏振、溫度、震動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I所述的多載波產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述N波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)源的頻率間隔固定，輸出各個(gè)波長(zhǎng)的功率相同，是一種平坦的頻率鎖定的光多波長(zhǎng)源。
4.如權(quán)利要求I所述的多載波產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述的N倍頻單邊帶光頻移模塊，能產(chǎn)生單一方向的頻移，并且其頻移的大小為N倍的注入N波長(zhǎng)源的頻率間隔。
5.如權(quán)利要求I所述的多載波產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述的光帶通濾波器，是帶通范圍是N載波源及在某一波長(zhǎng)方向的帶通濾波器，其帶通范圍的大小，決定輸出多載波的數(shù)量和頻譜范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于N波長(zhǎng)注入與N倍頻單邊帶頻移環(huán)路的多載波產(chǎn)生裝置。其結(jié)構(gòu)是由N波長(zhǎng)的光源，光耦合器，光放大器，N倍頻的單邊帶光頻移模塊，帶通濾波器以及偏振控制器構(gòu)成的光纖環(huán)路，通過(guò)控制合適的偏置條件與環(huán)路條件，耦合器的一個(gè)輸出口能輸出高信噪比、數(shù)量大的平坦多載波。本發(fā)明作為一種多載波產(chǎn)生裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高，產(chǎn)生的光多載波數(shù)量大、信噪比高，能作為多載波或多波長(zhǎng)源用在高速光通信、光學(xué)測(cè)量、光傳感等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04L27/38GK102882667SQ20121038326
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者遲楠, 張俊文, 余建軍 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)