李寧寧

【摘要】隨著無線通信的快速發(fā)展，ROF技術已經成為了一種非常誘人的技術，它可以增加容量，帶寬以及移動性，因此可以很好的服務于固定用戶和移動用戶。光載射頻通信系統(tǒng)中，既要降低整個系統(tǒng)的成本，又要生成高質量的毫米波信號。通過一個激光器和一個外光電調制器的方法，可以產生高頻毫米波信號，本文主要介紹通過受激布里淵散射的偏振撲拉效應和SOA的四波混頻效應實現(xiàn)光學十八倍頻毫米波信號的生成方案。

【關鍵詞】光電調制；SOA；SBS；倍頻

一、FWM效應

四波混頻效應是半導體材料的三階電極化率X3產生的非線性效應，是幾個不同頻率的光波在半導體材料中相互作用所所發(fā)生的現(xiàn)象。入射到半導體材料的一個或者多個光子湮滅，產生不同新頻率的光子。在SOA半導體光放大器中實現(xiàn)簡并FWM的過程如圖1所示

圖1 FWM簡易示意圖

二、受激布里淵散射SBS效應

Stimulated Brillouin Scattering，SBS是存在于光纖中的一種非線性效應。在光通信系統(tǒng)中，由于受激布里淵散射效應擁有低閾值功率和窄帶寬等優(yōu)勢，因此在光載射頻系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用?；谑芗げ祭餃Y散射效應的偏振撲拉技術的基礎是泵浦光在進入光纖之后會在下頻偏fB處會產生一個窄帶的增益譜，如圖2所示，一般情況下帶寬只有30～45MHz。受激布里淵散射過程會對斯托克斯光進行放大，而且與泵浦光的偏振態(tài)緊密相關。在正交的兩個偏振態(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構圖

圖3 基于單泵浦的SBS偏振撲拉技術

所以最終信號光的偏振態(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)的十八倍頻功能結構圖

基于SOA反饋環(huán)進行光學十八倍頻毫米波信號生成方案，主要利用了SOA的四波混頻效應。如圖4.4所示。從光源輸出任意偏振態(tài)的光波，經過PC1后轉換成偏振態(tài)固定的一線偏振光，假設為X偏振態(tài)。該線偏振光進入MZM馬赫曾德爾調制器進行電光調制，調制器工作在最小點，小調制指數(shù)下產生兩個一階邊帶。

在第一次循環(huán)中，進入SOA只有兩個一階邊帶（X方向），經過FWM產生兩個新的邊帶±3階，隨后FBG1濾除兩個一階邊帶，只留下兩個三階邊帶，此時兩個三階邊帶為X偏振方向，隨后經PBS進入PC2進入循環(huán)，兩個三階邊帶的偏振方向變?yōu)閅方向，此時FBG2沒有輸入信號。第二次循環(huán)中，進入耦合器的有X偏振態(tài)的一階邊帶和Y偏振態(tài)的三階邊帶，這兩個正交方向上的光譜分別進行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)（只包含兩個三階邊帶）重新進入循環(huán)，而Y偏振態(tài)的（包含兩個三階邊帶和兩個九階邊帶）進入FBG2，F(xiàn)BG2濾除兩個三階邊帶，最后經過光電探測器拍頻產生18倍頻毫米波信號。

四、仿真驗證

如圖5所示是基于SOA反饋環(huán)實現(xiàn)光學十八倍頻的VPI仿真結構圖。該仿真實現(xiàn)了10GHz本振信號的十八倍頻。仿真中一些器件的設置參數(shù)為：光源的功率20dBm，波長1550nm，調制器的半波電壓3.5V，消光比理想的情況，調制指數(shù)0.36，SOA的注入電流是500mA。

圖5 基于SOA反饋環(huán)實現(xiàn)光學十八倍頻的仿真結構圖

仿真結果：

（a） （b）

（c） （d）

圖6 輸出結果（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

本文主要介紹了受激布里淵散射的偏振撲拉效應和四波混頻效應兩種非線性效應的基本原理。利用這兩種非線性效應，基于反饋環(huán)結構設計了一種光學十八倍頻毫米波信號的生成方案，并通過理論分析與仿真驗證，最終實現(xiàn)了10GHz本振信號的十八倍頻。

參考文獻

[1]陳國杰.ROF系統(tǒng)中光學產生毫米波及相關技術的研究[D].華中科技大學，2009.

[2]延鳳平，簡水生.SBS—FOG中受激布里淵散射光偏振特性的理論分析[J].光電子·激光，2001，第12卷，第四期，pages：340-343.

[3]鄭濤，賀海霞，張琛.四波混頻原理及應用[J].紅外，第29卷，第12期.2008，pages：9-12.