基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成系统及方法

1.本发明涉及微波光子学和光通信技术领域，具体涉及一种基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成方法及系统。


背景技术：

2.射频任意波形生成(radio-frequency arbitrary waveform generation)技术即电学任意波形生成已经十分成熟，射频任意波形技术在高速通信、频谱分析和高分辨率测距等众多应用中有着重要的意义。在这方面，最先进的电子设备受到有限的数模转换速度影响，其工作的频率最高仅能达到20ghz，而且电学系统面临着高定时抖动、体积大、易受电磁干扰等问题的挑战。为了突破电学任意波形的瓶颈，微波光子学进入了研究者的视野，并进行了大量研究，以解决电学任意波形的缺点。随着光通信技术的研究和发展，产生了光学任意波形生成 (oawg,optical arbitrary waveform generation)技术，它利用光的大带宽、高重复率、高速率等优点，通过改变光脉冲的幅度、相位、波长等信息实现任意波形的生成。
3.目前，光任意波形生成的主要方法有直接空时映射脉冲整形、频域脉冲整形、时域脉冲整形等技术。基于直接空时映射的脉冲整形提出了基于空间光调制器(slm)的用于光任意波形的生成技术，通过空间调制输入超短脉冲的空间色散光谱来执行波形合成；但是在利用空间光调制器来实现脉冲整形涉及到空间到光纤和光纤到空间的耦合，使得系统复杂并且空间光调制器的响应速度较慢，从而限制了系统的应用。基于频域脉冲整形技术的光任意波形生成技术，波形的生成严重依赖于滤波器的属性，目前滤波器主要使用光纤布拉格光栅，其难以调整的特性限制波形的重构。基于频时映射的光任意波形生技术，可以获得调制信号频谱的波形，但获得的波形是高度对称的，而任意波形生成中非对称波形的生成是必要的。
4.针对现有技术存在的以上问题，本发明对其进行改进。


技术实现要素：

5.基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成方法及系统。
6.为了达到上述的发明目的，本发明采用以下技术方案。
7.基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成系统，包括锁模激光器、可编程光谱整形器、波分解复用器、n个马赫曾德尔调制器、2n个数字信号发生器、波分复用器、光电检测器、低通滤波器，锁模激光器、可编程光谱整形器、波分复用器通过光纤依次连接，波分解复用器分n路分别通过光纤连接n个双驱动马赫曾德尔调制器，每一双驱动马赫曾德尔调制器与两个数字信号发生器分别电连接，n个马赫曾德尔调制器都与波分复用器通过光纤连接，波分复用器通过光纤连接光电检测器，光电检测器电连接低通滤波器。
8.进一步的，锁模激光器产生的宽谱光源的频段分为间隔相同的n段，n段光谱经可编程光谱整形器整形后经波分解复用器解复用输入n路并行双驱动马赫曾德尔调制器的光脉冲功率之比为i1:i2:...:in＝40:41:42:...:4
n-1
。
9.进一步的，第一数字信号发生器、第二数字信号发生器、.....、第2n数字信号发生器产生的数字信号为vm(t)＝vmsm(t)，其中vm为第m个数字信号的幅度和sm(t)为输入的数字信号串，其中m＝1,2,3,...,2n。
10.进一步的，所述的数字信号发生器产生的数字信号的幅值满足：
[0011][0012]
其中i＝1,....,n，v
π
为调制器的半波电压。
[0013]
进一步的，n路双驱动马赫曾德尔调制器双臂的偏置相位差都固定为π。
[0014]
进一步的，n路双驱动马赫曾德尔调制器双臂输出光强度为：
[0015][0016]
相应的，本发明还公开一种基于并联的双电极马赫曾德尔调制器的任意波形生成方法，包括步骤：
[0017]
s1、锁模激光器产生的宽谱光源进入可编程光谱整形器中进行光谱整形成预期的幅值，之后经过波分解复用器解复用；
[0018]
s2、解复用输出n路光脉冲信号分别进入n个双驱动马赫曾德尔调制器，由2n路数字信号进行强度调制；
[0019]
s3、调制后的信号经波分复用器复用，合路在时域上相干叠加；叠加光信号进入光电检测器进行平方律检测转化电信号，并进入低通滤波器进行平滑处理获得任意波形信号。
[0020]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0021]
本发明使用n个并联的双驱动曾德尔调制实现2n个比特精度的任意波形，调制器使用数减少一半，降低了系统复杂度，输出波形的重复频率可调谐，输出任意波形重构速度较快。
附图说明
[0022]
图1为实施例一种基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成系统框图。
[0023]
图1中的编码分别为：1.锁模激光器；2.可编程光谱整形器(waveshaper)；3.波分解复用器；4.第一衰减器；5.第二衰减器；6.第一双驱动马赫曾德尔调制器；7.第二双驱动马赫曾德尔调制器；9.第一数字信号发生器；10.第二数字信号发生器；11.第三数字信号发生器；12. 第四数字信号发生器；13.波分复用器；14.光电检测器；15.低通滤波器。
具体实施方式
[0024]
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体
实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0025]
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成方法及系统，本发明优选实施例以两个并联的双驱动马赫曾德尔调制器生成任意波形。下面结合附图对本发明的实施例做详细说明。
[0026]
如图1所示，本实施例为一种并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成系统，包括锁模激光器1、可编程光谱整形器2、波分复用器3、第一双驱动马赫曾德尔调制器4、第二马赫曾德尔调制器5、第一数字信号发生器6、第二数字信号发生器7、第三数字信号发生器 8、第四数字信号发生器9、波分复用器10、光电检测器11、低通滤波器12，锁模激光器、可编程光谱整形器(waveshaper)、波分解复用器使用光纤依次相连，用于产生光载波；第一数字信号发生器、第二数字信号发生器、第三数字信号发生器、第四数字信号发生器通过射频线与第一双驱动马赫曾德尔调制器、第二双驱动马赫曾德尔调制器相连，用于产生数字信号调制光载波；波分解复用器通过光纤与第一双驱动马赫曾德尔调制器、第二双驱动马赫曾德尔调制器相连，将两路光信号复用到一路，并输送到通过光纤相连的光电探测器处，输出电信号；低通滤波器通过射频线与光电检测器相连，用于将光电检测器输出的电信号平滑滤波得到任意波形。
[0027]
本实施例提供一种并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成方法，包括如下步骤：
[0028]
s1、锁模激光器产生的宽谱光源进入可编程光谱整形器中进行光谱整形成预期的幅值，之后经过波分解复用器解复用成两路光载波。
[0029]
s2、解复用输出到两路的光脉冲信号进入第一双驱动马赫曾德尔调制器、第二双驱动马赫曾德尔调制器，由四路数字信号进行强度调制，每两路驱动一个调制器。
[0030]
s3、调制后的信号经波分复用器复用，合路在时域上相干叠加；叠加光信号进入光电检测器进行平方律检测转化电信号并进入低通滤波器进行平滑处理获得任意波形信号。
[0031]
在步骤s1中，锁模激光器产生的光载波的频谱被分为频率间隔相同的两段，在可编程光谱整形器中整形，使得整形后的光载波经波分解复用器解复用后输出的两路光载波的功率比为i1:i2＝1:4。
[0032]
在步骤s2中，波分解复用器输出的两路并行光载波分别输入第一双驱动马赫曾德尔调制器4、第二马赫曾德尔调制器5，有四路数字信号同时输入调制器对光载波进行强度调制，每两路控制一个调制器；第一数字信号发生器6、第二数字信号发生器7驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器4，第三数字信号发生器8、第四数字信号发生器9驱动第二双驱动马赫曾德尔调制器5。
[0033]
第一数字信号发生器6、第二数字信号发生器7、第三数字信号发生器8、第四数字信号发生器9产生的数字信号满足vm(t)＝vmsm(t),m＝1,2,3,4，其中vm为第m个数字信号的幅度和sm(t)为输入的数字信号串；且各数字信号发生器的幅值满足：
[0034][0035]
其中i＝1,2，v
π
为调制器的半波电压。第一双驱动马赫曾德尔调制器4、第二双驱
动马赫曾德尔调制器5双臂的偏置相位差都固定为π。
[0036]
第一双驱动马赫曾德尔4、第二双驱动马赫曾德尔5输出的光强度的表达式为：
[0037][0038]
在步骤s3中，调制后的信号经波分复用器复用，合路在时域上相干叠加。相干叠加光信号进入光电检测器进行平方律检测转化电信号并进入低通滤波器进行平滑处理获得预期任意波形信号。
[0039]
本发明的优点在于，使用n个并联的双驱动马赫曾德尔调制实现2n个比特精度的任意波形，调制器使用数减少一半，降低了系统复杂度，输出波形的重复频率可调谐，输出任意波形重构速度较快。
[0040]
本发明公开了一种基于并联双驱动马赫曾德尔调制器的任意波形生成方法及系统。其系统包括锁模激光器、可编程光谱整形器(waveshaper)、波分解复用器、2n个数字信号发生器、n个双驱动马赫曾德尔调制器、波分复用器、光电检测器以及低通滤波器。该系统利用锁模激光器提供连续光载波，然后光载波通过可编程谱整形器对光载波的不同谱段进行整形，整形后的信号进入波分解复用器中解复用生成不同谱段的光载波，再由并联的双驱动马赫曾德尔调制器调制，调制后的信号由波分复用器复用到同一光路，最后由光电检测器进行光电转换并接入低通滤波器进行平滑处理，从而实现任意波形的生成。本发明利用并联的双驱动马赫曾德尔调制器方式，对光载波进行强度调制，从而利用现有转换设备实现任意波形的产生。
[0041]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。