基于强度调制器和MZI倍频技术中色散影响的研究与分析

王明晔　苏艳茹　薛德友

摘 要：信息时代的到来推动了宽带技术的快速发展，而光纤成为宽带通信不可缺少的一部分。利用光倍频技术实现微波副载波更是光通信行业的热点，在此基础上就传统的光倍频技术进行改进，建立基于强度调制器和MZI的新型倍频系统，进而分析了系统实现原理和性能，重点对该技术中色散的影响进行研究与分析。

关键词：色散；微波副载波；光倍频；马赫-曾德尔干涉仪

Researching of the chromatic dispersion effects

on the Optical Frequency Multiplication Technology

Based On Intensity Modulater And Mach-Zehnder Interferometer

Wang ming-ye Su yan-ru Xue de-you

（Air force Da lian communication sergeangt academy information network departmeng）

Abstract：In first，this text introduced the conventional Optical Frequency Multiplication technology，a nem system Optical Frequency Multiplication systems based on modulater and Mach-Zehnder interferometer is founded， and then reseached the technique， otherthan studied on the chromatic dispersion effect on the Optical Frequency Multiplication Technology.

Key words：Chromatic；Microwave subcarrier；OFM；MZI

1 引言

隨着宽带的进入，人们对通信容量也有了越来越多的要求，结合光纤通信技术的低传输损耗和巨大带宽资源使人们将目光转向光纤通信与微波技术的结合，由此微波光纤传输（ROF）技术应运而生。这种组合通信方式利用光纤链路代替大气介质来传送微波射频信号，兼具了光纤通信和微波通信的优点，成为满足人们对宽带业务需求的极具竞争力的解决方案。近年来，ROF系统中利用光倍频技术（OFM）实现微波副载波更是尤为瞩目。传统的OFM是将低频射频信号通过相位调制器光处理实现微波信号[1]，美中不足的是色散也对系统存在一定影响。本文提出一种改进式的倍频技术——基于强度调制器和MZI的倍频技术，系统中色散对其影响也得到进一步改善。

2 OFM系统实现原理

2.1 系统结构

基于强度调制器和MZI倍频系统由两部分组成：头端和远程接入单元，结构如图1所示。系统仍是通过激光二极管实现光信号，但在头端主要采用强度调制器处理低射频扫描信号，扫描电信号经过调制器调制到激光二极管产生的光波上，调制后的信号以光波形式通过马赫-曾德尔干涉仪的周期滤波作用变频至微波段，再由光纤传送到远程接入单元；在远程接入单元进行光电转换，产生的电信号中含有原扫描信号的高阶谐波，最后带通滤波器获取所需的微波副载波。

2.2 系统原理

强度调制器可选如铌酸锂（LiNbO3）强度调制器，比较于相位调制器，LiNbO3强度调制器带宽较宽，理论上可获得宽度达100GHz的宽带频率输出，还具有可抑制啁啾，低成本， 高可靠性等众多优点[2]。LiNbO3强度调制器的外加电信号通过两个干涉臂加到光波导上，对光载波进行强度调制，输入光波在Y型分路器被分成相等的两部分，每部分光波分别通过光波导的两个支路，然后在Y型和路器汇合成一个光波。在强度调制器的两臂上加上电压后，由于电光作用使得两支路中的波导折射率发生变化，输入光波也随之发生变化。理想条件下，两个干涉臂完全对称，且两臂上的电信号等幅反相，不产生频率啁啾[2]。但在实际上，两干涉臂和外加信号不完全对称，需要补偿。补偿后系统输出副载波信号强度如公式（1）。观察公式（1），发现式中除了含有支流分量外，还含有一些扫描信号频率的2n倍和2n+1倍的一些分量。也就是说，经过系统可产生一些扫描信号的高阶分量，实现更高频率微波副载波的输出。

3 色散对系统的影响研究

3.1 色散的形成

色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，造成了一系列脉冲展宽，导致脉冲与脉冲之间的重叠，产生干扰，形成色散，因此色散与光信号沿着光纤传播时产生的脉冲展宽有关，展宽越宽色散越大。单模光纤的色散主要是材料色散、波导色散和偏振模色散，在许多实例中，材料色散具有主要影响[3]。

为了分析OFM系统在单模光纤中传输所受色散的影响，搭建了分析色散影响的OFM系统模型，主要观察分析了0～50公里之间基于强度调制器和MZI的OFM系统射频信号输出情况。仿真进行在1550nm，并且色散参数为16ps/nm·km，相当于标准单模硅光纤，分析系统在单模光纤中传输谐波强度所受色散的影响。如图2所示，光纤链路选取50公里时，系统产生谐波输出情况，发现经过50公里的光纤链路，仍然有高阶谐波输出，其中前12阶谐波还能够很好的检测到。

3.2 色散影响分析

图3是搭建的仿真模型，以前六阶谐波微波信号为例，分析了单模光纤中色散对系统的影响，结果如下表所示。对比表1所得参数，信号经过50km长的光纤链路，传输中没有出现零值点，可正常传输，也就是说系统实现的前六阶谐波的传输距离可以超过50km。此外，发现信号在前40公里范围内传输衰落损耗很小，并且在20公里左右位置上幅度达到峰值，40公里～50公里之间出现衰落较大，大约有11.8dB损耗。

3.3 系统传输分析

为了分析基于强度调制器和MZI光倍频技术的ROF系统的信号质量，测试了频率500MHz数字信号，在扫描信号频率 =5GHz系统中传输的信号质量。测试结果显示，系统实现的15GHz信号，传输50公里后接收信号质量很好，检测结果如图4、图5、图6所示。此外，在70公里处检测到的眼图仍是张开的，但是张度已经很小，可见信号在单模光纤中传输70公里后损耗是非常大的。最后检测了传输80公里后的信号眼图，发现完全没有张度，也就是说，该系统暂时还无法将信号传输超越80公里。

4 结束语

基于强度调制器和MZI倍频系统信号在单模光纤中传输，色散对其影响非常小，因此该技术可以在单模光纤中推广应用。在以后的开发研究中可能会发现更多的优缺点，希望能取其长弃其短，使该技术得到发展，广泛地应用到无线宽带网通信领域中以及更多领域。

[参考文献]

[1]A.Ng'oma.Radio-over-Fibre Technology for Broadband Wireless Communication Systems.Eindhoven University of Technology【J】.2005.

[2]黄亨沛，伞海生，张家宝，祝宁华.LiNbO3电光调制器的小信号功率测试法研究【M】.光电子·激光，2006.

[3]张明德，孙小菡.光纤通信原理与系统【M】.东南大学出版社.