引用本文:

王雪辉,李晶,燕苗霞,等. 基于偏振复用调制的周期性光学任意波形生成方案[J]. 光通信技术,2024,48(3):95-101.

基于偏振复用调制的周期性光学任意波形生成方案

王雪辉,李 晶*,燕苗霞,裴 丽,宁提纲,郑晶晶,王建帅

(北京交通大学 光波技术研究所,北京 100044)

【下载PDF全文】 【下载Word】

摘要:针对复杂波形生成的需求,提出了一种基于偏振复用调制的周期性光学任意波形信号生成方案。通过精心调控正交相移键控(QPSK)调制器的调制指数、射频偏移及偏置相移等关键参数,使得2个正交偏振态上的调制器能够分别输出傅里叶级数中的正弦和余弦谐波叠加形式的光强。当这些光强合束后,就能得到幅度和相位均可精确控制的函数波形,而且还具备可调谐函数波形信号输出的特性。仿真结果表明:当均方根误差小于等于0.05时,该方案可生成对称因子可调(20%~80%)斜坡波、占空比可调(30%~100%)三角波和半占空比可调(20%~80%)斜坡波3种典型波形,验证了该方案的可行性。

关键词:偏振复用调制;对称因子可调;占空比可调;半占空比可调;函数波形;傅里叶级数

中图分类号:TN919.11  文献标志码:文章编号:1002-5561(2024)03-0095-07

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.03.017

0 引言

  由于任意波形生成技术能够根据实际需求输出多样化的射频波形,因此在数据通信、频谱分析以及激光雷达测速测距等领域[1-4]得到了广泛应用。然而,传统的电学任意波形生成器(EAWG)受限于电子器件的性能以及数/模转换速率,难以生成高重复频率的波形,从而无法满足短脉冲、高速率的应用需求。相比之下,光学任意波形生成器(OAWG)则充分利用了光的大带宽、高重复频率、体积小、抗电磁干扰等诸多优点[5],通过灵活调控光脉冲的幅度、相位、波长等信息,实现了任意波形的生成,有效突破了EAWG的速率瓶颈。

  目前,常用的微波信号生成方法包括频谱整形[6-7]、时域脉冲整形[8-9]、光电振荡器[10-11] 、时间-频率映射[12-13]和外调制法[14-16]等方法。其中,杨国志等人[6]提出了一种基于相位调制和保偏光纤的正弦波滤波结构的光谱整形方法,用于生成微波波形信号。LI M等人[8]通过实验验证了基于振幅调制的时域脉冲整形系统能够生成对称波形。CHEN Y等人[11]首次将傅立叶域锁模的光电振荡器应用于生成任意微波波形,利用该振荡器的低相位噪声特性,成功生成了低相位噪声的任意微波波形。此外,LI J等人[14]提出了基于I/Q(同相/正交相位)调制器的波形生成技术,通过调整调制器中的3个变量关系,获得了对称因子可调的三角波信号。而燕苗霞等人[16]则提出了一种基于单驱动马赫-曾德尔调制器和保偏光纤的高双折射特性的波形生成方案,实现了对称因子可调谐的三角波和梯形波信号生成。

虽然上述文献在对称波形信号的产生方面取得了显著成果,但对于非对称波形的生成,除了依赖于傅里叶级数的幅度控制外,还需要进行精确的相位调控。针对这一问题,本文提出一种基于偏振复用调制的周期性光学任意波形生成方案。


4 结束语

  本文研究了一种基于偏振复用调制的周期性任意波形生成方案。通过调控调制指数、射频偏移、偏置电压等系统变量,建立了能够同时生成正弦和余弦谐波的函数模型。这一模型不仅实现了对函数波形幅度的调控,还实现了对相位的精确控制。当RMSE的值η≤0.05时,该方案能够生成对称因子在20%~80%之间的斜坡波、占空比在30%~100%之间的三角波,以及半占空比在20%~80%之间的斜坡波。这些结果证明了本方案的可行性和实用性。此外,本文还对调制指数、射频偏移和调制器的偏置电压引起的相移等多个变量的偏移量进行了容差分析。分析结果表明,在容差范围内,这些变量的偏移量对波形的生成影响较小,进一步证明了本方案的稳定性和可靠性。本方案通过精准控制变量,不仅适用于生成常见的对称波形(如三角波、梯形波等),还能够生成更多种类的非对称波形,从而大大扩展了波形生成方案的应用范围。