[发明专利]基于被动相位补偿的分布式光学频率传递装置与传递方法

权利要求书

1.一种基于被动相位补偿的光学频率传递装置，其特征在于，包括本地端(1)、传递链路(2)、用户端(3)和接入端(4)，

所述的本地端(1)由光隔离器单元(10)、第一光耦合器(11)、第一法拉第旋转镜(12)、第一声光移频器(13)、光电转换单元(14)、混频器单元(15)、第一微波源(16)、分频器单元(17)、第二微波源(18)、第一微波功分器(19)组成，所述的光隔离器单元(10)的输入端为待传光学频率信号的输入端，所述的光隔离器单元(10)的输出端与所述的第一光耦合器(11)的1端口相连，所述的第一光耦合器(11)的2、3、4端口分别与所述的光电转换单元(14)的输入端、所述的第一声光移频器(13)的1端口、所述的第一法拉第旋转镜(12)相连，所述的第一声光移频器(13)的3端口与所述的传递链路(2)的一端相连，所述的光电转换单元(14)的输出端与所述的混频器单元(15)第一输入端口相连，所述的混频器单元(15)的第二输入端口与所述的第一微波源(16)输出端相连，所述的混频器单元(15)的输出端口与所述的分频器单元(17)的输入端相连，所述的分频器单元(17)的输出端与所述的第一微波功分器(19)的第一输入端相连，所述的第二微波源(18)的输出端与所述的第一微波功分器(19)的第二输入端相连，所述的第一微波功分器(19)的输出端与所述的第一声光移频器(13)的2端口端相连；

所述的用户端(3)由第二声光移频器(20)、第三微波源(21)、第二法拉第旋转镜(22)、第二光耦合器(23)和第一光滤波器(24)组成，所述的第二声光移频器(20)的1端口与所述的传递链路(2)的另一端相连，所述的第二声光移频器(20)的3端口与第二光耦合器(23)的1端口相连，所述的第二光耦合器(23)2端口、3端口分别与所述的第一光滤波器(24)、所述的第二法拉第旋转镜(22)相连，所述的第三微波源(21)的输出端与第二声光移频器(20)的2端口相连；

所述的接入端(4)由第三光耦合器(25)、第二光电转换单元(26)、第二分频器单元(27)、第三声光移频器(28)、第二光滤波器(29)、第四光耦合器(30)和第五光耦合器(31)组成，所述的第三光耦合器(25)的四个端口分别与所述的传递链路(2)、所述的第四光耦合器(30)输入端、所述的第五光耦合器(31)输入端相连，所述的第四光耦合器(30)输出端分别与所述的第三声光移频器(28)输入端、所述的第五光耦合器(31)的2端口相连，所述的第五光耦合器(31)的3端口与所述的第二光电转换单元(26)的输入端相连，所述的第三声光移频器(28)输出端与所述的第二光滤波器(29)输入端相连，所述的第二光电转换单元(26)的输出端与所述的第二分频器单元(27)的输入端相连，所述的第二分频器单元的输出端与所述的第三声光移频器(28)的微波输入端口相连。

2.根据权利要求1所述的基于被动相位补偿的光学频率传递装置，其特征在于，所述的传递链路(2)为光纤链路或自由空间链路，所述的自由空间链路有自由空间光发射模块、接收模块与自由空间链路组成。

3.利用权利要求1所述的基于被动相位补偿的光学频率传递装置的光学频率传递方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤：

1)待传的光学频率信号E₀经过所述的光隔离器(10)、所述的第一光耦合器(11)后分为两部分：一部分光学频率信号E₀经所述的第一法拉第旋转镜(12)反射经所述的第一光耦合器(11)后作为本地参考光输入所述的光电转换单元(14)，另一部分光学频率信号E₀经所述的第一声光移频器(13)后进入所述的传递链路(2)，所述的第一声光移频器(13)工作在下移频模式，所述的第二微波源(18)输出的微波信号加载到所述的第一声光移频器(13)的微波信号的频率为Ω_L，所述的用户端(3)接收的光学频率信号E₀经所述的第二声光移频器(20)上移频后的输出为E₁：

E₁∝cos[(ω₀-Ω_L+Ω_R)t+φ_p]

式中，ω₀、Ω_R和φ_p分别为输入的光学频率信号E₀的角频率、所述的第二声光移频器(20)工作信号角频率和所述的传递链路(2)引入的相位噪声，这里忽略了输入光学频率信号E₀、所述的第二微波源(18)和所述的第三微波源(21)输出信号的初始相位，所述的第二声光移频器(20)的输出经所述的第二光耦合器(23)分为二路：经第二光耦合器(23)的2端口输出的一部分光学频率信号供用户使用；经第二光耦合器(23)的3端口输出的另一部分光学频率信号E₁经所述的第二法拉第旋转镜(22)反射并依次经所述的第二光耦合器(23)的3端口、1端口、所述的第二声光移频器(20)的3端口、1端口、所述的传递链路(2)返回到本地端(1)，返回本地端(1)的信号经过所述的第一声光移频器(13)的3端口、1端口、所述的第一光耦合器(11)的3端口、2端口后输入所述光电转换单元(14)，与本地端参考光的光学频率信号E₀在所述光电转换单元(14)上拍频，后经过窄带带通滤波器滤出下边带信号为E₃：

E₃∝cos[(Ω_R-Ω_L)t+2φ_p]

式中，前向传输与后向传输经所述的传递链路(2)引入的相位噪声均为φ_p；

E₃通过所述混频器单元(15)与所述的第一微波源(16)输出角频率为Ω_s信号混频后取上边带信号E₄：

E₄∝cos[(Ω_s+Ω_R-Ω_L)t+2φ_p]

E₄经过所述的分频器单元(17)后的输出信号为E₅：

E₅∝cos[(Ω_S+Ω_R-Ω_L)t/2+φ_p]

E₅与所述的第二微波源(18)输出的微波信号通过第一微波功分器(19)合束后，同时加载到所述的第一声光移频器(13)的2端口；

本地端(1)再次发送到用户端经所述的第二声光移频器(20)的1端口、3端口、第二光耦合器(23)的1端口、2端口输出的光学频率信号通过所述的光滤波器(22)滤出E₇中第二项光学频率信号F₇：

E₇∝cos[(ω₀-(Ω_S+Ω_R-Ω_L)/2)t]；

2)在传递链路(2)的任意节点，通过采用所述的第三光耦合器(25)获取传递链路中前向光信号E₈与后向光信号E₉：

E₈∝cos[(ω₀-Ω_L+2Ω_R)t+φ_p+φ_b[+cos[(ω₀+Ω_L+Ω_R)t+φ_b]

E₉∝cos[(ω₀-Ω_L)t+φ_a]+cos[(ω₀+Ω_L)t-φ_p+φ_a]，

式中，φ_a为本地端(1)到接入端(4)传递链路引入的相位噪声，φ_b为用户端(3)与接入端(4)之间传递链路引入的相位噪声，通过将E₈与E₉经过所述的第五光耦合器(31)输入到所述的第二光电转换单元(26)拍频后E₁₀：

E₁₀∝cos[Ω_Rt+φ_p]+cos[Ω_Rt+φ_b-φ_a]cos[(3Ω_R-2Ω_L)t+φ_b-φ_a]+cos[2(Ω_R-ΩL)t+φ_p+φ_b-φ_a]+cos[(2Ω_L-Ω_R)t-φ_p]cos[2Ω_Rt+φ_p+φ_b-φ_a]

该E₁₀最后一项经过窄带滤波后和所述的第二分频器单元(27)的二分频之后，并利用相位关系φ_p＝φ_a+φ_b，可获得E₁₁：

E₁₁∝cos[Ω_Rt+φ_b]

将E₁₁加载到所述的第三声光移频器(28)后，返现传递信号E₁₂：

E₁₂∝cos[ω₀-Ω_L+Ω_R)t+φ_p]+cos[(ω₀+Ω_L)t]

上式E₁₂第二项可通过所述的第二光滤波器(29)滤出，获得相位稳定的光学频率信号E₁₃＝cos[(ω₀+Ω_L)t输出。