[发明专利]光单边带调制方法、调制器及光器件测量装置、测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光单边带调制方法以及基于该调制方法的光器件测量装置、测量方法，属于微波光子学技术领域。

背景技术

随着无线接入、移动多媒体的迅速发展，高速无线通信对通信容量需求与日俱增，大容量和低功耗无线通信已成为迫切需求。过去三年中，全球移动数据量每年以超过两倍的速率增长，未来5年还将增长18倍（参见[Cisco Inc.,“Cisco visual network index:Globalmobile data traffic forecast update,2011-2016,”Feb.2012.]）。在此背景下，由于毫米波通信能提供较大的频带资源而成为主要的发展方向之一，但是毫米波通信较高的硬件要求和较大的传输损耗使其应用受到了限制。而光载无线电技术（RoF）为毫米波通信网提供了一种新的解决方案，该技术将无线通信的灵活性与光纤通信的大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优点融合起来。然而，尽管光纤具有极小的传输损耗，但在长距离传输中，光纤色散会使传输的信号发生畸变，限制了光信号的无中继传输距离。光单边带调制是一种能有效消除光纤色散对无中继距离限制的光信号调制方式。传统的光单边带调制主要通过双驱动马赫-曾德尔调制器辅以90°微波电桥和采用光纤光栅滤除强度调制或相位调制信号中的一个一阶边带的方法。前者，需要利用90°微波电桥使输入双驱动马赫-曾德尔调制器的两路等功率微波信号具有90°的相位差，而微波电桥的带宽通常非常有限，因此，该方法的单边带带宽通常很小；后者，由于光纤光栅的带宽通常很宽，很难保证在不影响载波的条件下滤除其中一个一阶边带，而且光纤光栅的调谐范围很小，很难实现可调谐的光单边带调制技术。此外，这两种方法还有一个共同的缺点，即无法消除高阶边带对整个系统动态范围的影响。因为这两种方法仅仅将一个一阶边带滤除，与剩余的一个一阶边带相邻的二阶边带还保留在信号中。该光单边带调制信号经光电探测器拍频后，得到的基频微波信号中不仅存在光载波与剩余一阶边带的拍频分量，还存在二阶边带与上述一阶边带的拍频分量且该分量在微波信号中占有较大比例，从而制约了系统的动态范围。

除了光载无线电技术，光单边带调制技术的另一典型应用为基于扫频光单边带调制的光矢量网络分析技术，用以精确测量光器件的响应（参见[J.E.Román,M.Y.Frankel,and R.D.Esman,Spectral characterization of fiber gratings with high resolution,Opt.Lett.,vol.23,no.12,pp.939-941,Jun.1998.]）。这种方法的本质是将光域的扫频操作转换到电域进行，受益于成熟的电频谱分析技术，相比于传统的光矢量网络分析技术其测试精度得到了质的飞跃。

图1是现有的基于光单边带调制的光器件测量装置的结构示意图，主要包括主控计算机、窄线宽激光器、微波扫频源、宽带光单边带调制器、光探测器及微波幅相接收机。其工作原理如下：首先，利用宽带光单边带调制器将微波扫频源产生的微波信号调制到窄线宽激光器输出的光载波上，产生只包含光载波和一个光边带的光单边带信号；使该光单边带信号经待测器件后送至光探测器，进行光电转换；然后，以微波扫频信号为参考，利用微波幅相接收机提取光探测器输出的微波信号的幅度相位信息；最后，通过主控计算机接收、存储并处理微波幅相接收机提取的幅度相位信息，得到待测光器件的传输函数。

虽然该测量装置可实现高分辨率光矢量网络分析，但是该测量装置仍存在两个问题需要改进：（1）图1中的单边带调制器往往基于上面介绍的传统单边带调制方法，因此输出的单边带调制信号具有与保留的一阶边带相邻的二阶边带。当采用该单边带信号进行光矢量网络分析时，上述一阶和二阶边带的拍频分量将在所得基频分量中占有较大比例，从而无法在基频分量中精确提取光载波与一阶边带拍频分量的幅度与相位信息，实现高精度光矢量网络分析。（2）由于输入光电探测器的光信号必须包含光载波，因此从根本上决定了待测的光器件必须是带阻响应的器件，换言之，该测量装置对待测器件具有选择性，对带通响应器件的测量无能为力。针对这两个关键问题，当前尚未有有效解决方案的报道。

发明内容