[发明专利]一种光子微波混频方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波混频方法，尤其涉及一种基于光子技术的光子微波混频方法及光子微波混频装置，属于微波光子学技术领域。

背景技术

微波混频器在通信、相控阵和电子战等微波射频系统中具有广泛的应用背景，是最常见的微波器件之一。通常微波混频器多基于电子技术，往往具有转换效率低、本振和射频端口隔离度低、工作频率低、工作带宽窄和信号失真大等缺点，很难在高频、宽带和高质量需求的场合中使用。在此背景下，基于光子技术的混频器逐渐成为研究的热点。相比较传统的电混频器，其主要优点在于光纤系统的大带宽、高工作频率和对电磁干扰不敏感等。一种常见的实现微波混频的光子技术为级联调制器法。该方法主要是通过级联各种类型的电光调制器，并在两个调制器上分别加载射频和本振信号，通过光电探测得到对应的混频信号。常见的调制器级联组合有：直调激光器+马赫-曾德尔调制器(参见[Y.L.Guennec,G.Maury,J.Yao,and B.Cabon,New optical microwave up-conversion solution in radio-over-fiber networks for60-GHz wireless applications,J.Lightwave Technol.,vol.24,no.3,pp.1277-1282,Mar.2006])；马赫-曾德尔调制器+马赫-曾德尔调制器(参见[G.Gopalakrishnan,R.Moeller,M.Howerton,W.Burns,K.Williams,and R.Esman,A low-loss downconverting analog fiber-optic link,IEEE Trans.Microwave Theory.Tech.,vol.43,no.9,pp.2318-2323,Sep.1995])；偏振调制器+马赫-曾德尔调制器(参见[T.Zhang,W.Pan,X.Zou,B.Luo,L.Yan,X.Liu,and B.Lu,High-spectral-efficiency photonic frequency down-conversion using optical frequency comb and SSB modulation,IEEE Photon.J.,vol.5,no.2,7200307,Apr.2013])；相位调制器+相位调制器(参见[V.R.Pagán,B.M.Haas,and T.Murphy,Linearized electrooptic microwave downconversion using phase modulation and optical filtering,Opt.Express,vol.19,no.2,pp.883-895,Jan.2011])。因为射频信号和本振信号通过不同的调制器加载在系统中，因此该方法射频和本振端口之间具有很好的隔离度，并且工作频率和带宽都很高。然而，上述方法均需级联两个电光调制器，受调制器电光转换效率的限制，具有插入损耗大、转换效率低和成本高等不足。另一种常见的光子混频器结构是基于半导体光放大器的非线性效应，例如交叉增益调制(参见[C.Bohemond,T.Rampone,and A.Sharaiha,Performances of a photonic microwave mixer based on cross-gain modulation in a semiconductor optical amplifier,J.Lightwave Technol.,vol.29,no.16,pp.2402-2409,Aug.2011]),交叉相位调制(参见[H.J.Song,M.Park,H.J.Kim,J.S.Lee,and J.I.Song,All-optical frequency down-conversion for full-duplex WDM RoF systems utilizing an SOA-MZI,in MWP2005,pp.321-324,2005])和四波混频效应(参见[H.J.Kim,and J.I.Song,All-optical frequency downconversion technique utilizing a four-wave mixing effect in a single semiconductor optical amplifier for wavelength division multiplexing radio-over-fiber applicationsr,Opt.Express,vol.20,no.7,pp.8047-58054,Mar.2012]）。一方面，在该方法中首先必须得到一个光的本振信号，这就意味着至少需要一个电光调制器，另一方面，半导体光放大器的非线性效应与它的载流子恢复时间有关，因此最后得到的混频信号质量受载流子恢复时间的限制往往较差。