基于SOA反饋環(huán)實(shí)現(xiàn)光學(xué)18倍頻毫米波信號(hào)生成的方案

李寧寧

【摘要】隨著無(wú)線通信的快速發(fā)展，ROF技術(shù)已經(jīng)成為了一種非常誘人的技術(shù)，它可以增加容量，帶寬以及移動(dòng)性，因此可以很好的服務(wù)于固定用戶和移動(dòng)用戶。光載射頻通信系統(tǒng)中，既要降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，又要生成高質(zhì)量的毫米波信號(hào)。通過(guò)一個(gè)激光器和一個(gè)外光電調(diào)制器的方法，可以產(chǎn)生高頻毫米波信號(hào)，本文主要介紹通過(guò)受激布里淵散射的偏振撲拉效應(yīng)和SOA的四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光學(xué)十八倍頻毫米波信號(hào)的生成方案。

【關(guān)鍵詞】光電調(diào)制；SOA；SBS；倍頻

一、FWM效應(yīng)

四波混頻效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的三階電極化率X3產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，是幾個(gè)不同頻率的光波在半導(dǎo)體材料中相互作用所所發(fā)生的現(xiàn)象。入射到半導(dǎo)體材料的一個(gè)或者多個(gè)光子湮滅，產(chǎn)生不同新頻率的光子。在SOA半導(dǎo)體光放大器中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)并FWM的過(guò)程如圖1所示

圖1 FWM簡(jiǎn)易示意圖

二、受激布里淵散射SBS效應(yīng)

Stimulated Brillouin Scattering，SBS是存在于光纖中的一種非線性效應(yīng)。在光通信系統(tǒng)中，由于受激布里淵散射效應(yīng)擁有低閾值功率和窄帶寬等優(yōu)勢(shì)，因此在光載射頻系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?；谑芗げ祭餃Y散射效應(yīng)的偏振撲拉技術(shù)的基礎(chǔ)是泵浦光在進(jìn)入光纖之后會(huì)在下頻偏fB處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)窄帶的增益譜，如圖2所示，一般情況下帶寬只有30～45MHz。受激布里淵散射過(guò)程會(huì)對(duì)斯托克斯光進(jìn)行放大，而且與泵浦光的偏振態(tài)緊密相關(guān)。在正交的兩個(gè)偏振態(tài)上最大增益比最小增益大很多，因此最終斯托克斯光的偏振態(tài)完全取決于泵浦光的偏振態(tài)。

圖2 受激布里淵散射模擬結(jié)構(gòu)圖

圖3 基于單泵浦的SBS偏振撲拉技術(shù)

所以最終信號(hào)光的偏振態(tài)SOP趨向于泵浦光的偏振態(tài)SOP，如圖3所示。

三、理論分析

圖4 基于SOA反饋環(huán)的十八倍頻功能結(jié)構(gòu)圖

基于SOA反饋環(huán)進(jìn)行光學(xué)十八倍頻毫米波信號(hào)生成方案，主要利用了SOA的四波混頻效應(yīng)。如圖4.4所示。從光源輸出任意偏振態(tài)的光波，經(jīng)過(guò)PC1后轉(zhuǎn)換成偏振態(tài)固定的一線偏振光，假設(shè)為X偏振態(tài)。該線偏振光進(jìn)入MZM馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器進(jìn)行電光調(diào)制，調(diào)制器工作在最小點(diǎn)，小調(diào)制指數(shù)下產(chǎn)生兩個(gè)一階邊帶。

在第一次循環(huán)中，進(jìn)入SOA只有兩個(gè)一階邊帶（X方向），經(jīng)過(guò)FWM產(chǎn)生兩個(gè)新的邊帶±3階，隨后FBG1濾除兩個(gè)一階邊帶，只留下兩個(gè)三階邊帶，此時(shí)兩個(gè)三階邊帶為X偏振方向，隨后經(jīng)PBS進(jìn)入PC2進(jìn)入循環(huán)，兩個(gè)三階邊帶的偏振方向變?yōu)閅方向，此時(shí)FBG2沒(méi)有輸入信號(hào)。第二次循環(huán)中，進(jìn)入耦合器的有X偏振態(tài)的一階邊帶和Y偏振態(tài)的三階邊帶，這兩個(gè)正交方向上的光譜分別進(jìn)行FWM，互不影響。PBS分離X偏振態(tài)和Y偏振態(tài)的光譜，只有X偏振態(tài)（只包含兩個(gè)三階邊帶）重新進(jìn)入循環(huán)，而Y偏振態(tài)的（包含兩個(gè)三階邊帶和兩個(gè)九階邊帶）進(jìn)入FBG2，F(xiàn)BG2濾除兩個(gè)三階邊帶，最后經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器拍頻產(chǎn)生18倍頻毫米波信號(hào)。

四、仿真驗(yàn)證

如圖5所示是基于SOA反饋環(huán)實(shí)現(xiàn)光學(xué)十八倍頻的VPI仿真結(jié)構(gòu)圖。該仿真實(shí)現(xiàn)了10GHz本振信號(hào)的十八倍頻。仿真中一些器件的設(shè)置參數(shù)為：光源的功率20dBm，波長(zhǎng)1550nm，調(diào)制器的半波電壓3.5V，消光比理想的情況，調(diào)制指數(shù)0.36，SOA的注入電流是500mA。

圖5 基于SOA反饋環(huán)實(shí)現(xiàn)光學(xué)十八倍頻的仿真結(jié)構(gòu)圖

仿真結(jié)果：

（a） （b）

（c） （d）

圖6 輸出結(jié)果（a）MZM輸出（b）X偏振態(tài)輸出

（c）Y偏振態(tài)輸出（d）電譜輸出

五、總結(jié)

本文主要介紹了受激布里淵散射的偏振撲拉效應(yīng)和四波混頻效應(yīng)兩種非線性效應(yīng)的基本原理。利用這兩種非線性效應(yīng)，基于反饋環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種光學(xué)十八倍頻毫米波信號(hào)的生成方案，并通過(guò)理論分析與仿真驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)了10GHz本振信號(hào)的十八倍頻。

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