[发明专利]偏振不敏感的高倍频光载毫米波产生的简化装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光载无线（Radio-over-Fiber,缩写为ROF）通信系统技术中的光载毫米波产生领域。

背景技术

随着智能手机、平板电脑等智能终端广泛地进入人们的生活，人们对各种多媒体宽带业务的获取和交互提出了随时、随地的需求，无线通信的带宽需求在今后将持续保持增长的趋势。无线通信系统中，用高频率的载波传输信息可以提高系统容量。波长为1-10nm这一频段的无线电波就是通常所说的毫米波，利用这一频段的毫米波传输信号，可以解决无线接入带宽问题。但频率高的无线电波在大气中传输衰减快，无法进行较长距离的传输。因此，将无线通信的可移动性、灵活性和光纤通信的大容量传输、高可靠性等优点结合起来产生的光载无线通信（ROF）技术，可以实现宽带无线接入。在ROF系统中，信号的产生和光调制都集中在中心站完成，而基站只实现简单的光电（O/E）和电光（E/O）转换、电放大和天线发射的功能，简化了基站结构。可以通过大量部署基站来降低蜂窝的尺寸，实现灵活的组网和扩容。因此，ROF系统成为未来宽带无线接入的备选方案。

光载毫米波的产生是光载无线通信系统中关键技术之一。光载毫米波的产生技术有：直接强度调制技术、光外差技术、外部强度调制技术和基于光器件非线性效应的波长变换技术。其中直接强度调制技术受限于激光器的调制宽带，不适合毫米波的产生，光外差技术受到色散和相位噪声的严重干扰，采用外部强度调制技术产生光载毫米波稳定可靠。基于光器件非线性效应的波长变换技术包括：交叉相位调制（Cross-Phase Modulation，缩写为XPM）、交叉增益调制（Cross-Aain Modulation，缩写为XGM）和四波混频（Four-wave mixing，缩写为FWM）效应。其中，基于四波混频（FWM）效应的全光波长变换技术，具有对调制信号速率和调制格式透明的特点，还可以实现多播波长变换，适用于波分复用（Wavelength Division Multiplexing, 缩写为WDM）系统的应用。

通常产生高频率的光载毫米波需要采用高带宽的电光调制器和高频率的射频（Radio Frequency，缩写为RF）信号源，这会造成系统成本的增加。因此，如何用简单的装置和方法产生高倍频和高稳定性的光载毫米波，对于降低系统成本和提升系统性能，具有很强的理论意义和实用价值。

目前，有实验报道，【Zi-hang Zhu,“Optical generation of millimeter-wave signals via frequency 16-tupling without an optical filter”, Optics Communications, 2015,354:40-47】验证了一种使用两个级联的双平行马赫曾德尔调制器（Dual-parallel Mach-Zehnder Modulator，缩写为DP-MZM）来产生16倍频的光载毫米波方案，该方案采用的双平行马赫曾德尔调制器由3个马赫曾德尔调制器（MZM）组成，其中两个子MZM呈并联结构嵌入主MZM的两臂中，结构复杂，很难控制每个调制器的直流偏压、驱动信号相位差和调制深度，且该方案采用两个DP-MZM相级联的方式，插入损耗大，DP-MZM价格昂贵，系统成本较高；【应祥岳，基于双平行MZM和HNLF四波混频效应的24倍频光生毫米波技术，光电子·激光，2016，27（8）：814-818】提出了利用DP-MZM和高非线性光纤（Highly-nonlinear Fiber，缩写为HNLF）中四波混频效应生成24倍频光载毫米波的方案；【耿红建，基于双平行MZM调制器和四波混频效应的高倍频微波信号的光学生成，光电子·激光，2014，25（10）：1926-1930】提出了利用DP-MZM和半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，缩写为SOA)中四波混频效应生成24倍频光载毫米波的方案,基于HNLF中四波混频的波长变换具有较大的转换范围，但泵浦的频率必须靠近光纤的零色散点以满足相位匹配条件来实现可观的转换效率，基于SOA的四波混频的波长变换具有增益高，易于满足相位匹配条件，器件尺寸小，易于集成等优点。这两种方案均实现了24倍频光载毫米波的产生，但都采用了价格昂贵且结构复杂的双平行马赫曾德尔调制器。