[发明专利]基于硫系玻璃光纤四波混频效应的毫米波生成系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光生毫米波生成技术，尤其是涉及一种基于硫系玻璃光纤四波混频效应的毫米波生成系统及方法。

背景技术

光纤通信具有低损耗、高带宽的特性，光纤无线电(ROF)技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将光纤通信和无线通信相结合起来的无线接入技术。光纤无线电(ROF)系统构成的具有超带宽的无线接入网络通过光纤实现中心处理站与基站之间远距离的连接，通过微波、毫米波系统实现几十米范围的无线覆盖。目前，许多国家已经将59-64GHz的毫米波段专门分配给无牌照的ROF技术应用，大大推动了毫米波段ROF技术的发展。高质量的毫米波信号生成是实现毫米波段ROF系统的关键技术之一。但制作窄线宽、低相位噪声、高稳定性且可调谐毫米波信号发生器时，对工艺的要求极高，毫米波在电域下生成比较困难，面临无法突破的电子瓶颈。除此之外，直接调制毫米波信号的成熟商用电光调制器极其少见而且价格昂贵。因此研究如何利用光学方法产生毫米波段的载波信号一直是毫米波段RoF研究领域中的热点问题。用光学的方法来产生毫米波，一方面是出于成本的考虑，另一方面，毫米波在电域下处理已经比较困难，面临无法突破的电子瓶颈，而用光学产生的毫米波，不仅具有相位噪声低的优点，而且由于光纤的损耗非常小，信号能够远距离传输，便于分配到远端由天线发射。

目前，光学产生毫米波的技术主要有光外差技术、外调制技术和光学倍频技术等。光外差技术的基本原理是利用两个频率差等于所需毫米波的频率的光载波，在光电探测器中拍频生成毫米波，该方法需要两个光载波的相位非常稳定并相关，实现时需要额外的相位锁定模块，难以获得低相位噪声的高质量毫米波。外调制技术基于外部调制器的非线性响应，产生边带频率，在接收端由边带拍频得到毫米波信号，包括双边带调制、单边带调制和载波抑制调制等。外调制器有马赫-增德尔调制器(MZM)、电吸收调制器和相位调制器等。但是这种方法需要很高频率的调制微波信号源，而高频微波信号源实现难度大，系统成本太高。相对来讲，光学倍频技术更具优势。光学倍频技术借助各种外调制器件及其它一些光学处理器件将低频微波信号调制到光波上，并产生高次谐波光边带，最后通过光电探测器拍频产生目标高频毫米波信号。在这类方案中，倍频产生的毫米波信号的线宽和相位噪声等特性均与调制微波信号保持在相同量级，而与所用的光学器件无关，克服了电子倍频器件响应频率和带宽的限制，而且相位噪声低。与此同时，方案中需要的强度调制器、相位调制器和半导体光放大器等光学器件均为市面上常见的成熟商品化器件，因此方案实现简单且稳定性高，在毫米波ROF系统中比较常见。

现有的应用光学倍频技术的毫米波生成系统典型方案包括：利用马赫-增德尔调制器与滤波器串联产生四倍频毫米波信号；利用两个MZM级联产生四倍频毫米波信号；利用两个相位调制器并联产生六倍频毫米波信号等。但是，这些毫米波生成系统实现的倍频数仍然较低，仍然需要较高频率的调制微波信号源，而且需要多个调制器，系统成本难以降低，大大限制了该技术的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种基于硫系玻璃光纤四波混频效应的毫米波生成系统，该毫米波生成系统采用外部调制技术结合硫系玻璃光纤四波混频效应实现频率的上变换，产生六倍频甚至更高倍频的毫米波信号，大大降低调制微波信号源的频率，克服光纤无线通信技术中产生毫米波的微波驱动信号频率和调制器带宽问题，降低系统器件带宽要求，减少系统成本。

本发明解决上述技术问题之一所采用的技术方案为：一种基于硫系玻璃光纤四波混频效应的毫米波生成系统，包括用于产生光功率为0dBm的连续光载波信号的激光器、用于将调制微波信号分为两路微波信号的功分器、用于将微波信号移相180度的移相器、双电极马赫-增德尔调制器、用于将光功率放大到25dBm的掺铒光纤放大器、第一光滤波器、硫系玻璃光纤、第二光滤波器、用于将光功率调整到0dBm的光衰减器和光电探测器；所述的调制微波信号的功率为15dBm；