基于色散效應(yīng)雙抽頭微波光子濾波器的可調(diào)諧光電振蕩器

李亭升

（成都信息工程大學(xué)銀杏酒店管理學(xué)院，成都 611743）

基于色散效應(yīng)雙抽頭微波光子濾波器的可調(diào)諧光電振蕩器

李亭升

（成都信息工程大學(xué)銀杏酒店管理學(xué)院，成都 611743）

本文提出一種利用色散效應(yīng)雙抽頭微波光子濾波器（MPF）實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)諧的光電振蕩器（OEO）。其設(shè)計重點(diǎn)來源于電耦合器、光耦合器、可變相移器（VPS）、雙驅(qū)動Mach-Zehnder調(diào)制器（DDMZM）及啁啾光柵聯(lián)合運(yùn)行形成的雙抽頭MPF，對應(yīng)的中心頻率是關(guān)于光源波長和VPS相位的函數(shù)。將該MPF融合于OEO后，利用其進(jìn)行振蕩模式的篩選，能有效抑制邊摸。理論分析和仿真結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)VPS相位可實(shí)現(xiàn)OEO振蕩頻率的寬帶調(diào)諧功能。

光電振蕩器；微波光子濾波器；啁啾光柵；頻率可調(diào)諧

光電振蕩器作為一種微波信號產(chǎn)生技術(shù)，主要由激光源和光電反饋環(huán)路組成。其可應(yīng)用于通信、雷達(dá)、光信號處理、現(xiàn)代儀表儀器等相關(guān)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的OEO大多采用電濾波器完成振蕩模式的選擇，但其窄帶寬將OEO的頻率調(diào)諧范圍限制在MHz量級。為此，微波光子濾波器因其調(diào)諧范圍寬的固有特征可用來代替電濾波器實(shí)現(xiàn)OEO的寬帶調(diào)諧功能。利用Mach-Zehnder調(diào)制器和Fabry-Perot激光器形成MPF，通過調(diào)節(jié)FP-LD的波長實(shí)現(xiàn)OEO的寬帶頻率調(diào)諧功能，但其系統(tǒng)的穩(wěn)定性差。利用雙端口相位調(diào)制器和線性啁啾光柵形成MPF，通過調(diào)節(jié)線性啁啾光柵的累計色散進(jìn)而調(diào)諧OEO的振蕩頻率，但實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)色散參數(shù)的大范圍改變。利用級聯(lián)的相位調(diào)制器和非線性CFBG形成MPF，通過調(diào)節(jié)光源波長進(jìn)而實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)諧功能，但系統(tǒng)中非線性CFBG的制作存在一定的難度。

本文提出了一種寬帶頻率可調(diào)諧OEO。該結(jié)構(gòu)利用電耦合器、可變移相器、π偏置雙驅(qū)動Mach-Zehnder調(diào)制器及光耦合器構(gòu)成的載波相移雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)和色散器件CFBG形成雙抽頭MPF，通過調(diào)節(jié)VPS，使得光載波與邊帶間存在不同的相位差，進(jìn)而利用色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)MPF傳輸峰值的改變，從而實(shí)現(xiàn)OEO的頻率可調(diào)諧性。同時，環(huán)路中利用電耦合器將反饋信號功分后經(jīng)由不同延時線耦合進(jìn)DD-MZM的兩個輸入端，根據(jù)Vernier原理，可獲得較好抑制邊模性能的振蕩信號。

提出方案的系統(tǒng)模型如圖1所示。首先，在開環(huán)條件下對系統(tǒng)進(jìn)行分析。針對CPS-DSB系統(tǒng)，上臂光載波通過VPS后的光場可表示為。而下臂光載波經(jīng)由偏振控制器（PC1）后傳輸至π偏置DDMZM進(jìn)行調(diào)制。進(jìn)而，假定輸入的調(diào)制信號為Vin（t）=Vecos（ωet），在小信號情形下，忽略高階貝塞爾函數(shù)（≥2），可將π偏置DDMZM的輸出光場如下表示

其中，β=πVe/Vπ，式中的Vπ為DDMZM的半波電壓；α為反饋信號經(jīng)過EC分成兩路后分別傳輸至DDMZM兩個射頻端的振幅比；E0和ωc分別為輸入光場的振幅和角頻率；Ve和ωe分別為Vin（t）的振幅和角頻率；Jn（）為n階第一類Bessel函數(shù)；τ為電延時線的傳輸延時。

經(jīng)過OC2合并后輸出CPS-DSB信號，對應(yīng)的光場如下

從CFBG反射回來的光信號經(jīng)過單模光纖傳輸至光電探測器（PD）進(jìn)行平方律檢波，忽略直流和高階分量，恢復(fù)出的微波信號為

其中，ρ為PD的響應(yīng)度，R為PD的負(fù)載阻抗，x=Dgl為CFBG的累積色散值，τ1為SMF的傳輸延時。

系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)可表示為

通過調(diào)諧VPS和光源波長實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)振蕩角頻率ωosc的調(diào)諧功能。實(shí)現(xiàn)了一種基于色散效應(yīng)雙抽頭MPF的頻率可調(diào)諧OEO。系統(tǒng)中，利用EC、VPS、π偏置DDMZM及OC構(gòu)成的CPS-DSB系統(tǒng)和色散器件CFBG形成雙抽頭MPF，對應(yīng)的中心頻率取決于光源波長和VPS的相位。同時，由EC、DL及DDMZM形成的雙抽頭結(jié)構(gòu)，能在單環(huán)光纖環(huán)路上有效地抑制邊模，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.22.050

TN713

A

1673-0194（2015）22-0063-01

2015-10-12