CN104202093A - 基于正交且相位相关光载波的光子学微波混频装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光子学微波混频装置，包括：正交且相位相关光载波发生器，用于提供正交且相位相关的两种光载波；偏振敏感型光电调制器，其接收所述两种光载波，使得所述第一种光载波的偏振方向与其调制主轴方向对齐，使得所述第二种光载波的偏振方向与其调制主轴方向垂直；其还加载I路基带电信号和Q路基带电信号，实现对第一种光载波的光域混频；偏振分束器，其用于将处于正交方向的第一种光载波和第二种光载波在同一方向的能量分量滤出并输出光电探测器，其用于接收从偏振分束器输出的两种光载波，并将第一种光载波和第二中光载波的差频成分转换为微波信号并输出。
Description
技术领域
本发明属于微波光子学及光通信技术领域，更具体的说是一种基于正交且相位相关光载波的光子学微波混频装置。
背景技术
多媒体服务的丰富化致使人们对未来光及无线通信网络的接入速率的强烈需求。而光纤天然的宽带低损特性使其成为接入网络中极佳物理媒介。为了充分利用其超高的带宽，高频谱利用率的信号调制格式在光域上的调制及解调问题成为学界及工业界关注的热点。由于光电探测器只能感应光强度信息，此类高阶格式信号的相位信息不能被直接探测并转换为电信号。目前，相干探测成为解决此问题的唯一手段。在该类型的探测方法中，一束稳定的未携带任何信息的连续光作为本振光与携带信息的信号光被同时注入至光电探测器中。经光电转换，原载于信号光上的信息，将下变频到射频或基频频段，进而进行高阶调制格式的数字解调。当信号光与本振光为频率差不为零时，我们称之为“外差探测”。否则，我们将其称之为“零差探测”。前者被视为可在光载无线电系统，及相干光无源网中广泛应用。然而，相干探测方式的最大问题来源于信号光与本振光之间相位的随机起伏。该起伏将导致极大的相位噪声存在于待解调信号之中。目前，有两种途径来缓解这一问题：第一，应用线宽极窄的激光器作为光源来降低噪声；第二，在解调过程中，依赖基于数字信号处理的相位估计算法进行相位补偿。然而，高昂的成本及功耗，以及有限的性能优化使得该类方法难于广泛的应用于未来的接入网络。而彻底解决该问题的中心议题为：如何在信号混频过程中，避免信号光与本振光信号的相位相关性保持完好。
综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，搭建泛在的、低功耗的、高性能的光及无线接入网络，目前迫切需要一种可实现相位稳定输出的光子学微波混频器。
发明内容
本发明要解决现有光子学微波混频装置的光相位随机起伏的问题。
本发明公开了一种光子学微波混频装置，包括：
正交且相位相关光载波发生器，用于提供正交且相位相关的两种光载波；
偏振敏感型光电调制器，其接收所述两种光载波，使得所述第一种光载波的偏振方向与其调制主轴方向对齐，使得所述第二种光载波的偏振方向与其调制主轴方向垂直；其还加载I路基带电信号和Q路基带电信号，实现对第一种光载波的光域混频；
偏振分束器，其用于将处于正交方向的第一种光载波和第二种光载波在同一方向的能量分量滤出并输出
光电探测器，其用于接收从偏振分束器输出的两种光载波，并将第一种光载波和第二中光载波的差频成分转换为微波信号并输出。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
该基于正交且相位相关光载波的光子学微波混频装置可彻底避免本振光与信号光的相位随机起伏的问题，进而避免昂贵的窄线宽激光器及复杂的数字信号处理技术在光及无线接入网中的应用，大幅度降低接入网光及射频接收单元的成本。
附图说明
图1是本发明中基于正交且相位相关光载波的光子学微波混频装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1所示，一种基于正交且相位相关光载波的光子学微波混频装置，包括：
一正交且相位相关光载波发生器a，用于提供正交且相位相关的两种光载波，其波长分别为λ1和λ2，其偏振正交，其相位相关，其频率间隔为f，波长为λ1的光载波为信号光，波长为λ2的光载波为本振参考光；
一偏振控制装置b，与正交且相位相关光载波发生器a的输出端保偏连接，用于控制正交且相位相关光载波发生器a的输出的正交且相位相关光载波的偏振方向。
一偏振敏感型光电调制器c，其可以是双平衡马赫曾德尔光电调制器，也可是导频型矢量光电调制器，其光输入端口1与偏振控制装置b的输出端保偏连接，以保证当光载波进入偏振敏感型光电调制器c时，信号光偏振方向与偏振敏感型光电调制器c的调制主轴方向对齐，而本振参考光与偏振敏感型光电调制器c的调制主轴方向垂直；偏振敏感型光电调制器c的电输入口3，4分别用于加载I路基带电信号和Q路基带电信号，从而实现只对波长为λ1的信号光的光域混频；
一光轴与保偏光纤慢轴夹角为45度的偏振分束器d，其输入端与偏振敏感型光电调制器c的光输出端口2保偏连接，用于将处于正交方向的信号光与本振参考光在同一方向的能量分量滤出；
一高带宽光电探测器e，其光输入端与光轴与保偏光纤慢轴夹角为45度的光起偏器d的输出端连接，用于将偏振分束器d输出的信号光与本振参考光的差频成分转换为微波信号，此微波信号的频率与信号光和本振参考光的频率间隔相等，其电输出端口用于输出被混频的微波信号；
调节偏振敏感型光电调制器c的偏置电压，可实现信号调制格式的转换。当偏振电压置于传输最小点时，可实现相移键控调制，降低或升高电压，可实现幅移键控和开关键控调制，当偏置电压置于线性区时，可实现正交频分复用基带信号的上变频。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光子学微波混频装置，包括：
正交且相位相关光载波发生器，用于提供正交且相位相关的两种光载波；
偏振敏感型光电调制器，其接收所述两种光载波，使得所述第一种光载波的偏振方向与其调制主轴方向对齐，使得所述第二种光载波的偏振方向与其调制主轴方向垂直；其还加载I路基带电信号和Q路基带电信号，实现对第一种光载波的光域混频；
偏振分束器，其用于将处于正交方向的第一种光载波和第二种光载波在同一方向的能量分量滤出并输出
光电探测器，其用于接收从偏振分束器输出的两种光载波，并将第一种光载波和第二中光载波的差频成分转换为微波信号并输出。
2.根据权利要求1所述的光子学微波混频装置，其中所述偏振敏感型光电调制器可以是双平衡马赫曾德尔光电调制器，也可以是导频型矢量光电调制器。
3.根据权利要求1所述的光子学微波混频装置，其中，通过调节偏振敏感型光电调制器的偏置电压，实现信号调制格式的转换。
4.根据权利要求1所述的光子学微波混频装置，其中，所述光起偏器的光轴与保偏光纤慢轴夹角为45度。
5.根据权利要求1所述的光子学微波混频装置，其中，所述第一种光载波为信号光，所述第二种光载波为本振参考光。
6.根据权利要求1所述的光子学微波混频装置，其中，所述第一种光载波和第二中光载波的波长不同，频率间隔与所述微波信号的频率相同。
7.根据权利要求1所述的光子学微波混频装置，其还包括：偏振控制器，用于控制所述光载波发生器输出的两种光载波的偏振方向，并输出至偏振敏感型光电调制器。
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