基于SOA反馈环实现光学18倍频毫米波信号生成的方案

李宁宁

【摘要】随着无线通信的快速发展，ROF技术已经成为了一种非常诱人的技术，它可以增加容量，带宽以及移动性，因此可以很好的服务于固定用户和移动用户。光载射频通信系统中，既要降低整个系统的成本，又要生成高质量的毫米波信号。通过一个激光器和一个外光电调制器的方法，可以产生高频毫米波信号，本文主要介绍通过受激布里渊散射的偏振扑拉效应和SOA的四波混频效应实现光学十八倍频毫米波信号的生成方案。

【关键词】光电调制；SOA；SBS；倍频

一、FWM效应

四波混频效应是半导体材料的三阶电极化率X3产生的非线性效应，是几个不同频率的光波在半导体材料中相互作用所所发生的现象。入射到半导体材料的一个或者多个光子湮灭，产生不同新频率的光子。在SOA半导体光放大器中实现简并FWM的过程如图1所示

图1 FWM简易示意图

二、受激布里渊散射SBS效应

Stimulated Brillouin Scattering，SBS是存在于光纤中的一种非线性效应。在光通信系统中，由于受激布里渊散射效应拥有低阈值功率和窄带宽等优势，因此在光载射频系统中发挥着至关重要的作用。基于受激布里渊散射效应的偏振扑拉技术的基础是泵浦光在进入光纤之后会在下频偏fB处会产生一个窄带的增益谱，如图2所示，一般情况下带宽只有30～45MHz。受激布里渊散射过程会对斯托克斯光进行放大，而且与泵浦光的偏振态紧密相关。在正交的两个偏振态上最大增益比最小增益大很多，因此最终斯托克斯光的偏振态完全取决于泵浦光的偏振态。

图2 受激布里渊散射模拟结构图

图3 基于单泵浦的SBS偏振扑拉技术

所以最终信号光的偏振态SOP趋向于泵浦光的偏振态SOP，如图3所示。

三、理论分析

图4 基于SOA反馈环的十八倍频功能结构图

基于SOA反馈环进行光学十八倍频毫米波信号生成方案，主要利用了SOA的四波混频效应。如图4.4所示。从光源输出任意偏振态的光波，经过PC1后转换成偏振态固定的一线偏振光，假设为X偏振态。该线偏振光进入MZM马赫曾德尔调制器进行电光调制，调制器工作在最小点，小调制指数下产生两个一阶边带。

在第一次循环中，进入SOA只有两个一阶边带（X方向），经过FWM产生两个新的边带±3阶，随后FBG1滤除两个一阶边带，只留下两个三阶边带，此时两个三阶边带为X偏振方向，随后经PBS进入PC2进入循环，两个三阶边带的偏振方向变为Y方向，此时FBG2没有输入信号。第二次循环中，进入耦合器的有X偏振态的一阶边带和Y偏振态的三阶边带，这两个正交方向上的光谱分别进行FWM，互不影响。PBS分离X偏振态和Y偏振态的光谱，只有X偏振态（只包含两个三阶边带）重新进入循环，而Y偏振态的（包含两个三阶边带和两个九阶边带）进入FBG2，FBG2滤除两个三阶边带，最后经过光电探测器拍频产生18倍频毫米波信号。

四、仿真验证

如图5所示是基于SOA反馈环实现光学十八倍频的VPI仿真结构图。该仿真实现了10GHz本振信号的十八倍频。仿真中一些器件的设置参数为：光源的功率20dBm，波长1550nm，调制器的半波电压3.5V，消光比理想的情况，调制指数0.36，SOA的注入电流是500mA。

图5 基于SOA反馈环实现光学十八倍频的仿真结构图

仿真结果：

（a） （b）

（c） （d）

图6 输出结果（a）MZM输出（b）X偏振态输出

（c）Y偏振态输出（d）电谱输出

五、总结

本文主要介绍了受激布里渊散射的偏振扑拉效应和四波混频效应两种非线性效应的基本原理。利用这两种非线性效应，基于反馈环结构设计了一种光学十八倍频毫米波信号的生成方案，并通过理论分析与仿真验证，最终实现了10GHz本振信号的十八倍频。

参考文献

[1]陈国杰.ROF系统中光学产生毫米波及相关技术的研究[D].华中科技大学，2009.

[2]延凤平，简水生.SBS—FOG中受激布里渊散射光偏振特性的理论分析[J].光电子·激光，2001，第12卷，第四期，pages：340-343.

[3]郑涛，贺海霞，张琛.四波混频原理及应用[J].红外，第29卷，第12期.2008，pages：9-12.