一种超平坦可调谐多载波发生装置的制作方法

1.本发明涉及一种超平坦可调谐多载波发生装置，属于光纤通信、微波光子、信号处理领域。


背景技术：

2.人工智能、远程医疗、在线教育、视频会议、增强现实、超高清4k视频等全新超宽带多媒体业务的飞速发展以及移动视频直播、云服务、无人驾驶等依托高速无线终端的移动应用平台的不断涌现，使人类社会对信息传输带宽的需求以惊人的速度增长，进而导致有线和无线接入网的通信容量迅猛增加。在5g及下一代通信系统中，为了提高通信系统的利用效率，所有通信系统均采用多个信道同时传输多种类型的数据信号。那么，一方面需要按照用户需求提供多个信道所需频率的多种波长的载波信号，多个用户可通过不同的波长共享同一个基站基础设施，另一方面能够充分利用光功率，极大降低系统的成本和复杂度。由此可见，多载波发生器是通信系统里必不可少的装置。衡量多载波发生器的两个重要标准就是产生的载波数目和平坦度。目前已有的多载波发生器的研究成果在生成的载波数目和平坦度上已取得较大进展，但在生成的载波数目和载波功率的调谐性的研究上还有待提高。
3.全光纤型声光可调谐滤波器是利用纵向声波对光纤或者fbg(fiber bragg grating，光纤布拉格光栅)进行轴向、周期性的压缩和拉伸，使得光纤或者fbg的传输特性发生变化。全光纤型声光可调谐滤波器以其特殊的传输特性、结构简单、调谐灵活等优点，可用于滤波、多路复用、光纤激光器的选频等。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器，能够对光纤叠栅的两个中心波长进行同步调制。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，克服目前超平坦、可调谐多载波信号生成技术复杂、成本较高，能量利用率低这些难题，并充分利用基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器的特性，提供一种超平坦可调谐多载波发生装置，实现超平坦且载波功率及数目可调谐的多载波生成。
5.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
6.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器、毫米波本振源、马赫增德尔调制器、相位调制器、光环行器、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器和光纤放大器；具体连接方式为：
7.激光器的输出端与马赫增德尔调制器的光输入端连接，毫米波本振源与马赫增德尔调制器的电输入端连接，马赫增德尔调制器的输出端与相位调制器的光输入端连接，相位调制器的光输出端与光环形器的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器与光环形器的端口2连接，光环形器的端口3与光纤放大器连接；其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器由信号发生器、压电陶瓷片、玻璃圆锥以及光纤叠栅组成。
8.在上述方案的基础上，所述激光器包括脉冲锁模激光器(mll)或连续波激光器(cw)。
9.在上述方案的基础上，所述马赫增德尔调制器包括单驱动马赫增德尔调制器或双驱动马赫增德尔调制器。
10.在上述方案的基础上，所述马赫增德尔调制器和相位调制器级联后输出的光频梳信号中包括载波和各阶次边带，改变马赫增德尔调制器和相位调制器的调制指数能够调节输出的光频梳信号中的边带数目和功率。
11.在上述方案的基础上，所述基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器的反射谱中包括两个主反射峰和各阶次反射峰，所述各阶次反射峰分别以两个主反射峰为中心呈对称关系，且主反射峰与其所调制出的各阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率成正比，而两个主反射峰所调制出的同阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率无关，声致应变幅度主要影响两个主反射峰及各阶次反射峰的反射率的变化。
12.在上述方案的基础上，利用基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器的两个主反射峰和各阶次反射峰对相位调制器输出的光频梳信号中的分量进行选择；改变施加在基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器上的声波频率以及施加在压电陶瓷片上的声致应变幅度能够实现输出的多载波信号的中心频率、功率(对应平坦度)以及载波数目的调谐，进而实现超平坦的多载波信号。
13.对于光纤叠栅，其本质是由两个不同周期的均匀光纤布拉格光栅制作在同一段光纤上。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器各阶次反射峰分别以两个主反射峰为中心呈对称关系，且主反射峰与其所调制出的各阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率成正比，而两个主反射峰所调制出的同阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率无关，声致应变幅度主要影响主反射峰及各阶次反射峰的反射率的变化。另外，全光纤型声光可调谐滤波器的反射谱中左右两个光纤布拉格光栅的反射谱与声波频率和声致应变幅度变化规律一致。
14.马赫增德尔调制器和相位调制器级联后输出的光频梳信号由光载波和各阶次边带构成。参考以上输出的光频梳信号的光载波和各阶次边带的中心波长选择两个特定中心频率的均匀光纤布拉格光栅搭建基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器。通过调节施加在基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器的声波频率，使得声光可调谐滤波器的各阶反射峰与相位调制器输出的光频梳信号中的各阶边带频率相吻合，可实现生成的多载波信号的中心频率的调谐；在同一声波频率下，通过调节施加在压电陶瓷片上的声致应变幅度，可实现生成的多载波信号功率及载波数目的调谐。因此，选取合适的声致应变幅度，可实现超平坦的多载波信号的生成。
15.本发明和已有技术相比所具有的有益效果如下：
16.本发明采用基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器，只需改变施加在声光可调谐滤波器上的声波频率以及施加在压电陶瓷片上的声致应变幅度，即可实现中心频率、功率以及载波数目可调谐的多载波信号的生成。整个装置仅有一个激光器、一个马赫增德尔调制器、一个相位调制器、一个光环形器、一个基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器以及一个光纤放大器组成，而基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器仅由信号发生器、压电陶瓷片、玻璃圆锥以及两个光纤布拉格光栅组成，构建成本低，能够很好与通信光
纤匹配，连接损耗小。本发明能够实现超平坦、频率、功率以及数目可调谐的多载波信号的产生，故而适用于多载波通信、多信号传输等领域。
附图说明
17.本发明有如下附图：
18.图1为超平坦可调谐多载波发生装置示意图。
19.图2为图1中的基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器结构图。
20.图3为相位调制器输出信号示意图。
21.图4为实施例一中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射谱示意图。
22.图5为实施例一中产生的超平坦多载波信号示意图。
23.图6为实施例二中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射谱示意图。
24.图7为实施例二中产生的超平坦多载波信号示意图。
25.图8为实施例三中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射谱示意图。
26.图9为实施例三中产生的超平坦多载波信号示意图。
27.图10为实施例四中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射谱示意图。
28.图11为实施例四中产生的超平坦多载波信号示意图。
29.图12为实施例五中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射谱示意图。
30.图13为实施例五中产生的超平坦多载波信号示意图。
31.图14为实施例六中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射谱示意图。
32.图15为实施例六中产生的超平坦多载波信号示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图1至15对超平坦可调谐多载波发生装置作进一步描述。
34.实施例一
35.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、光环行器15、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16、光纤放大器17；具体连接方式为：
36.激光器11的输出端与马赫增德尔调制器13的光输入端连接，毫米波本振源12与马赫增德尔调制器13的电输入端连接，马赫增德尔调制器13的输出端与相位调制器14的光输入端连接，相位调制器14的光输出端与光环形器15的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16与光环形器15的端口2的连接，光环形器15的端口3与光纤放大器17连接；
37.激光器产生的光信号作为光载波，毫米波本振源产生的副载波信号通过马赫增德尔调制器和相位调制器调制到光载波上，相位调制器的输出信号经过光环行器和基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器反射，从光环行器的端口3输出，再经过光纤放大器进行功率放大。
38.其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16由信号发生器21、压电陶瓷片22、玻璃圆锥23以及光纤叠栅24组成。
39.信号发生器产生的电信号加载在压电陶瓷片上，驱动压电陶瓷片沿光纤叠栅轴向
振动，纵向声波通过粘贴在压电陶瓷片上部的玻璃圆锥放大后耦合进入光纤叠栅内。信号发生器产生电信号的频率和幅度会改变基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器的频谱。
40.本实例中激光器11的中心频率为1544.40nm，本实例中毫米波本振源12产生的正弦波信号为4.95ghz，经马赫增德尔调制器12和相位调制器13级联调制后生成的信号包含光载波和各阶光边带如图3所示。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16中压电陶瓷片22两端所加超声波频率为0.75mhz，所加声致应变幅度为50με，其反射谱如图4所示，图4中的各阶反射峰分别将对应于图3中的载波分量选择出来后从光环行器15的端口3输出，经过光纤放大器17放大得到的多载波信号频谱如图5所示。在本实例中，生成的多载波信号中载波数目为6，平坦度为0.5。
41.实施例二
42.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、光环行器15、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16、光纤放大器17；具体连接方式为：
43.激光器11的输出端与马赫增德尔调制器13的光输入端连接，毫米波本振源12与马赫增德尔调制器13的电输入端连接，马赫增德尔调制器13的输出端与相位调制器14的光输入端连接，相位调制器14的光输出端与光环形器15的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16与光环形器15的端口2连接，光环形器15的端口3与光纤放大器17连接；其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16由信号发生器21、压电陶瓷片22、玻璃圆锥23以及光纤叠栅24组成。
44.本实例中激光器11的中心频率为1544.40nm，本实例中毫米波本振源12产生的正弦波信号为4.95ghz，经马赫增德尔调制器12和相位调制器13级联调制后生成的信号包含光载波和各阶光边带如图3所示。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16中压电陶瓷片22两端所加超声波频率为0.75mhz，所加声致应变幅度为100με，其反射谱如图6所示，图6中的各阶反射峰分别将对应于图3中的载波分量选择出来后从光环行器15的端口3输出，经过光纤放大器17放大得到的多载波信号频谱如图7所示。在本实例中，生成的多载波信号中载波数目为6，平坦度为0.2。
45.实施例三
46.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、光环行器15、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16、光纤放大器17；具体连接方式为：
47.激光器11的输出端与马赫增德尔调制器13的光输入端连接，毫米波本振源12与马赫增德尔调制器13的电输入端连接，马赫增德尔调制器13的输出端与相位调制器14的光输入端连接，相位调制器14的光输出端与光环形器15的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16与光环形器15的端口2连接，光环形器15的端口3与光纤放大器17连接；其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16由信号发生器21、压电陶瓷片22、玻璃圆锥23以及光纤叠栅24组成。
48.本实例中激光器11的中心频率为1544.40nm，本实例中毫米波本振源12产生的正弦波信号为4.95ghz，经马赫增德尔调制器12和相位调制器13级联调制后生成的信号包含
光载波和各阶光边带如图3所示。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16中压电陶瓷片22两端所加超声波频率为0.75mhz，所加声致应变幅度为150με，其反射谱如图8所示，图6中的各阶反射峰分别将对应于图3中的载波分量选择出来后从光环行器15的端口3输出，经过光纤放大器17放大得到的多载波信号频谱如图9所示。在本实例中，生成的多载波信号中载波数目为8，平坦度为0.3。
49.实施例四
50.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、光环行器15、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16、光纤放大器17；具体连接方式为：
51.激光器11的输出端与马赫增德尔调制器13的光输入端连接，毫米波本振源12与马赫增德尔调制器13的电输入端连接，马赫增德尔调制器13的输出端与相位调制器14的光输入端连接，相位调制器14的光输出端与光环形器15的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16与光环形器15的端口2连接，光环形器15的端口3与光纤放大器17连接；其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16由信号发生器21、压电陶瓷片22、玻璃圆锥23以及光纤叠栅24组成。
52.本实例中激光器11的中心频率为1544.40nm，本实例中毫米波本振源12产生的正弦波信号为4.95ghz，经马赫增德尔调制器12和相位调制器13级联调制后生成的信号包含光载波和各阶光边带如图3所示。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16中压电陶瓷片22两端所加超声波频率为0.75mhz，所加声致应变幅度为200με，其反射谱如图10所示，图10中的各阶反射峰分别将对应于图3中的载波分量选择出来后从光环行器15的端口3输出，经过光纤放大器17放大得到的多载波信号频谱如图11所示。在本实例中，生成的多载波信号中载波数目为14，平坦度为0.5。
53.实施例五
54.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、光环行器15、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16、光纤放大器17；具体连接方式为：
55.激光器11的输出端与马赫增德尔调制器13的光输入端连接，毫米波本振源12与马赫增德尔调制器13的电输入端连接，马赫增德尔调制器13的输出端与相位调制器14的光输入端连接，相位调制器14的光输出端与光环形器15的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16与光环形器15的端口2连接，光环形器15的端口3与光纤放大器17连接；其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16由信号发生器21、压电陶瓷片22、玻璃圆锥23以及光纤叠栅24组成。
56.本实例中激光器11的中心频率为1544.40nm，本实例中毫米波本振源12产生的正弦波信号为4.95ghz，经马赫增德尔调制器12和相位调制器13级联调制后生成的信号包含光载波和各阶光边带如图3所示。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16中压电陶瓷片22两端所加超声波频率为1.5mhz，所加声致应变幅度为200με，其反射谱如图12所示，图12中的各阶反射峰分别将对应于图3中的载波分量选择出来后从光环行器15的端口3输出，经过光纤放大器17放大得到的多载波信号频谱如图13所示。在本实例中，生成的多载波信号中载波数目为14，平坦度为0.6，生成的多载波的中心频率与实例四中生成的多载波中
心频率不同，实现了中心频率的调谐。
57.实施例六
58.一种超平坦可调谐多载波发生装置，该装置包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、光环行器15、基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16、光纤放大器17；具体连接方式为：
59.激光器11的输出端与马赫增德尔调制器13的光输入端连接，毫米波本振源12与马赫增德尔调制器13的电输入端连接，马赫增德尔调制器13的输出端与相位调制器14的光输入端连接，相位调制器14的光输出端与光环形器15的1端口连接，基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16与光环形器15的端口2连接，光环形器15的端口3与光纤放大器17连接；其中基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16由信号发生器21、压电陶瓷片22、玻璃圆锥23以及光纤叠栅24组成。
60.本实例中激光器11的中心频率为1544.40nm，本实例中毫米波本振源12产生的正弦波信号为4.95ghz，经马赫增德尔调制器12和相位调制器13级联调制后生成的信号包含光载波和各阶光边带如图3所示。基于光纤叠栅的全光纤型声光可调谐滤波器16中压电陶瓷片22两端所加超声波频率为3.0mhz，所加声致应变幅度为200με，其反射谱如图14所示，图14中的各阶反射峰分别将对应于图3中的载波分量选择出来后从光环行器15的端口3输出，经过光纤放大器17放大得到的多载波信号频谱如图15所示。在本实例中，生成的多载波信号中载波数目为14，平坦度为0.4，生成的多载波的中心频率与实例五中生成的多载波中心频率不同，实现了中心频率的调谐。
61.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。