專利名稱：超寬帶脈沖信號發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波光子學(xué)和光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用微波光子學(xué)技術(shù)對高達(dá)數(shù) 百兆的高速差分非歸零碼數(shù)據(jù)流在光域上實現(xiàn)實時的格式轉(zhuǎn)換，實時產(chǎn)生滿足美國聯(lián)邦通 信委員會規(guī)范的超寬帶形式脈沖數(shù)據(jù)流。
背景技術(shù)：
超寬帶通信是近幾年剛發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，由于其具有發(fā)射功率低，與其 它系統(tǒng)的兼容性好，隱蔽性好；傳輸速率高，系統(tǒng)的空間容量大；多徑分辨能力強(qiáng)等傳統(tǒng)無 線通信無法滿足的優(yōu)勢，故其在民用和軍工都有著巨大的作用和應(yīng)用的前景。然而超寬帶 信號技術(shù)具有在短距離無線通信領(lǐng)域的巨大優(yōu)點(diǎn)卻無法實現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆有和傳輸?shù)膬擅嫘裕?引起了科學(xué)家們極大的研究興趣，而脈沖發(fā)生技術(shù)作為超寬帶通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其 成為了研究的熱點(diǎn)。由于光纖光學(xué)信號處理技術(shù)具有低損耗、超大帶寬、抗電磁干擾等諸多 突出的優(yōu)點(diǎn)，故相對于超寬帶信號利用傳統(tǒng)電路產(chǎn)生的方法，利用光學(xué)方法產(chǎn)生超寬帶信 號是目前非常具有潛力和有意義的方法。然而現(xiàn)有的超寬帶信號全光產(chǎn)生方案大都需要用 到任意波形發(fā)生器等設(shè)備以及需要額外的數(shù)字信號處理的開銷，這對超寬帶信號的商業(yè)化 和實用化造成了阻礙；在需要成本和設(shè)備復(fù)雜度低、系統(tǒng)穩(wěn)定度高的場合下，無論是傳統(tǒng)的 電路方法產(chǎn)生的技術(shù)抑或是大部分現(xiàn)有全光產(chǎn)生的技術(shù)，都較難以勝任。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明方案的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出利用位于光纖薩格納克環(huán)結(jié)構(gòu) 中精確微小偏離環(huán)腔結(jié)構(gòu)中央位置的光電相位調(diào)制器調(diào)制從外部輸入的差分非歸零碼數(shù) 據(jù)，通過光學(xué)相干拍頻將差分非歸零碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有正極性和負(fù)極性的兩個類高斯窄脈 沖數(shù)據(jù)序列，控制兩個脈沖序列光的偏振態(tài)，及其到達(dá)偏振合路器的時間差，能在高速光電 探頭上實時產(chǎn)生符合美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)范的超寬帶脈沖信號。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
超寬帶脈沖信號發(fā)生器包括激光器、第一 3dB光耦合器、第二 3dB光耦合器、第一光纖 型偏振控制器、第二光纖型偏振控制器、第三光纖型偏振控制器、第四光纖型偏振控制器、 第一光纖型可調(diào)延遲線、第二光纖型可調(diào)延遲線、偏振合成器、光電相位調(diào)制器和高速光電 探頭。激光器的輸出端與第一 3dB光耦合器一側(cè)的一個端口光連接，第一 3dB光耦合器 另一側(cè)的一個端口與第二 3dB光耦合器一側(cè)的一個端口光連接，第二 3dB光耦合器另一側(cè) 的一個端口與第一光纖型偏振控制器一個端口光連接，第一光纖型偏振控制器另一個端口 與第一光纖型可調(diào)延遲線一個端口光連接，第一光纖型可調(diào)延遲線另一個端口與光電相位 調(diào)制器一個端口光連接，光電相位調(diào)制器另一個端口與第二光纖型偏振控制器一個端口光 連接，第二光纖型偏振控制器另一個端口與第二 3 dB光耦合器另一側(cè)的另一個端口光連 接；第二 3 dB光耦合器一側(cè)的另一個端口與第三光纖型偏振控制器一個端口光連接，第三 光纖型偏振控制器另一個端口與偏振合成器一個輸入端口光連接；
第一 3dB光耦合器一側(cè)的另一個端口與第四光纖型偏振控制器一個端口光連接，第四 光纖型偏振控制器另一個端口與第二光纖型可調(diào)延遲線一個端口光連接，第二光纖型可調(diào) 延遲線另一個端口與偏振合成器另一個輸入端口光連接，偏振合成器輸出端口與高速光電 探頭的光端口光連接；
光電相位調(diào)制器的電信號輸入端口作為脈沖信號發(fā)生器的輸入端，高速光電探頭的電 信號輸出端口作為脈沖信號發(fā)生器的輸出端。第二 3dB光耦合器、第一光纖型偏振控制器、第二光纖型偏振控制器、第一光纖型 可調(diào)延遲線、光電相位調(diào)制器組成光纖薩格納克環(huán)結(jié)構(gòu)；
第三光纖性偏振控制器、第四光纖型偏振控制器和偏振合成器組成偏振正交控制； 差分非歸零碼作為脈沖信號發(fā)生器的輸入，在高速光電探頭的電信號輸出端口得到脈 沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的超寬帶信號。本發(fā)明方案中的光纖型光電相位調(diào)制器、光纖型偏振控制器、3 dB光耦合器、光 纖型偏振分路器以及高速光電探測器為成熟商業(yè)化產(chǎn)品。本發(fā)明適合用于在低成本、簡單 結(jié)構(gòu)和高穩(wěn)定度等要求下，實現(xiàn)對差分非歸零碼實時轉(zhuǎn)換為超寬帶脈沖信號和傳輸?shù)膽?yīng)用 上。本發(fā)明和傳統(tǒng)利用電學(xué)方法產(chǎn)生超寬帶脈沖信號方案相比，具有成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜 度低的優(yōu)點(diǎn)，不受電磁干擾，在解決超寬帶脈沖信號與光纖技術(shù)結(jié)合以實現(xiàn)長距離傳輸和 覆蓋的技術(shù)問題方面有著先天優(yōu)勢；本發(fā)明和其他全光方法產(chǎn)生超寬帶脈沖信號方案相 比，避免了使用昂貴的任意波形發(fā)生器和額外的數(shù)字信號處理的開銷，在物理層上實現(xiàn)了 實時的信號轉(zhuǎn)換。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種超寬帶信號的發(fā)生器的設(shè)備包括激光器l，3dB光耦合器2、3，光 纖型偏振控制器4、6、9、12，光纖型可調(diào)延遲線5、10，偏振合路器7，高速光電探頭8和光電 相位調(diào)制器11。光電相位調(diào)制器11分別連接光纖型可調(diào)延遲線10和光纖型偏振控制器12，光纖 型可調(diào)延遲線10連接光纖型偏振控制器9，偏振控制器9和12連接3dB光耦合器3，構(gòu)成 光纖型薩格納克環(huán)結(jié)構(gòu)。薩格納克環(huán)的透射端光纖f 口連接光纖型偏振控制器6、其反射端 光纖d 口進(jìn)入光耦合器2的b端口，再從c 口輸出連接至另一光偏振控制器4，光偏振控制 器4的輸出口連接光纖型可調(diào)延遲線5，光纖型可調(diào)延遲線5和光偏振控制器6的輸出口分 別連接光纖型偏振合路器7的兩個光纖輸入端口，光纖型偏振合路器7連接高速光電探測 器8。本發(fā)明的具體工作過程為單波長激光從激光器1中出射，經(jīng)過3dB光耦合器2的 a 口從b 口輸出，進(jìn)入3dB光耦合器3的d 口，被分成功率相等的兩份，從e 口和g 口輸出，分別按照順時針CW和逆時針CCW方向沿著光纖鏈路傳輸。光纖偏振控制器9和12分別控 制從兩個方向進(jìn)入相位調(diào)制器11的光的偏振態(tài)。差分非歸零碼數(shù)據(jù)序列從相位調(diào)制器11 的A 口輸入，被調(diào)制到薩格納克環(huán)中分別按照順時針和逆時針傳播的兩束光的相位上。光 纖薩格納克環(huán)中分別連接光耦合器3和相位調(diào)制器11的左右兩臂光纖鏈路長度差，由光纖 型可調(diào)延遲線10精確控制為2cm。在光耦合器3的f 口的輸出光由分別按照d — e —光 纖鏈路一g — f和d — g —光纖鏈路一e — f光纖路徑到達(dá)的兩個 子光相干疊加構(gòu)成，由 于光薩格納克環(huán)的兩臂長差，兩個子光相干疊加得到一系列極性為正的類高斯脈沖數(shù)據(jù)序 列；在光耦合器3的d 口的輸出光有分別按照dged和degd光纖路徑到達(dá)的兩個子光相干 疊加構(gòu)成，由于光薩格納克環(huán)的兩臂長差，兩個子光相干疊加得到一系列極性為負(fù)的類高 斯脈沖數(shù)據(jù)序列。光纖型偏振控制器4和6分別控制兩個光纖鏈路上的偏振態(tài)，保證其在 偏振合路器7的兩個輸入端口的偏振態(tài)相互正交；此外，連接至偏振合路器7的兩個光纖鏈 路長度差由光纖型可調(diào)延遲線5精確控制為2cm。偏振合路器7的輸出端口連接高速光電 探測器8，在光電探測器8的電輸出D 口得到超寬帶脈沖數(shù)據(jù)序列。
這種全光方案超寬帶脈沖信號發(fā)生器利用激光束在光纖薩格納克環(huán)中的相干疊 加作用，產(chǎn)生極性分別為正和負(fù)、脈沖寬度大約為IOOps的類高斯脈沖數(shù)據(jù)串，經(jīng)過精確的 光纖長度差控制和偏振態(tài)正交化控制，在光電探測器上得到滿足美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)范 的超寬帶脈沖信號數(shù)據(jù)序列，沒有使用昂貴的任意波形發(fā)生器和額外的數(shù)字信號處理，在 物理層上實現(xiàn)了將差分非歸零碼數(shù)據(jù)序列實時轉(zhuǎn)換為超寬帶脈沖信號數(shù)據(jù)序列，不受電磁 干擾、成本和系統(tǒng)復(fù)雜度低、性能穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.超寬帶脈沖信號發(fā)生器，包括激光器、第一 3dB光耦合器、第二 3dB光耦合器、第一 光纖型偏振控制器、第二光纖型偏振控制器、第三光纖型偏振控制器、第四光纖型偏振控制 器、第一光纖型可調(diào)延遲線、第二光纖型可調(diào)延遲線、偏振合成器、光電相位調(diào)制器和高速 光電探頭，其特征在于激光器的輸出端與第一 3dB光耦合器一側(cè)的一個端口光連接，第一 3dB光耦合器另 一側(cè)的一個端口與第二 3dB光耦合器一側(cè)的一個端口光連接，第二 3dB光耦合器另一側(cè)的 一個端口與第一光纖型偏振控制器一個端口光連接，第一光纖型偏振控制器另一個端口與 第一光纖型可調(diào)延遲線一個端口光連接，第一光纖型可調(diào)延遲線另一個端口與光電相位調(diào) 制器一個端口光連接，光電相位調(diào)制器另一個端口與第二光纖型偏振控制器一個端口光連 接，第二光纖型偏振控制器另一個端口與第二 3 dB光耦合器另一側(cè)的另一個端口光連接； 第二 3dB光耦合器一側(cè)的另一個端口與第三光纖型偏振控制器一個端口光連接，第三 光纖型偏振控制器另一個端口與偏振合成器一個輸入端口光連接；第一 3dB光耦合器一側(cè)的另一個端口與第四光纖型偏振控制器一個端口光連接，第四 光纖型偏振控制器另一個端口與第二光纖型可調(diào)延遲線一個端口光連接，第二光纖型可調(diào) 延遲線另一個端口與偏振合成器另一個輸入端口光連接，偏振合成器輸出端口與高速光電 探頭的光端口光連接；光電相位調(diào)制器的電信號輸入端口作為脈沖信號發(fā)生器的輸入端，高速光電探頭的電 信號輸出端口作為脈沖信號發(fā)生器的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超寬帶脈沖信號發(fā)生器。傳統(tǒng)的脈沖信號發(fā)生器復(fù)雜度高、系統(tǒng)穩(wěn)定度低。本發(fā)明中的光電相位調(diào)制器分別連接光纖型可調(diào)延遲線和光纖型偏振控制器，光纖型可調(diào)延遲線連接光纖型偏振控制器，偏振控制器連接3dB光耦合器，構(gòu)成光纖型薩格納克環(huán)結(jié)構(gòu)。薩格納克環(huán)的透射端光纖f口連接光纖型偏振控制器、其反射端光纖d口進(jìn)入光耦合器的b端口，再從c口輸出連接至另一光偏振控制器，光偏振控制器的輸出口連接光纖型可調(diào)延遲線，光纖型可調(diào)延遲線和光偏振控制器的輸出口分別連接光纖型偏振合路器的兩個光纖輸入端口，連接高速光電探測器。本發(fā)明具有成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，不受電磁干擾。
文檔編號H04B10/155GK102098107SQ201110006720
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者何賽靈, 葉晨暉, 陳彪 申請人:浙江大學(xué)