一种高斯四阶微分型超宽带脉冲的产生方法

摘要

本发明公开了一种基于单个单驱动的光强度调制和普通单模光纤的高斯四阶微分型超宽带脉冲的产生方法。本发明的实验装置如图1所示，通过调节单驱动的光强度调制器的直流偏置点和高斯脉冲驱动信号的功率，使光强度调制器输出高斯二阶微分型脉冲，将其通过普通单模光纤传输后，利用光纤中的色散效应，转化为高斯四阶微分型超宽带脉冲。与已有方案相比，本发明中的脉冲产生系统结构简单、可操作性强。

说明书

技术领域

常用的超宽带脉冲为高斯一至五阶微分型脉冲。本发明涉及一种基于单个 单驱动的光强度调制和普通单模光纤的高斯四阶微分型超宽带脉冲的产生方 法。本发明属于微波光子技术领域，尤其是光载无线(RoF)技术领域。

背景技术

超宽带(UWB)脉冲具有低功耗，抗多径衰落，穿透性强、抗干扰能力强 等优点，非常适合应用于无线通信、传感器网络、雷达成像及系统定位等领域。 常用的UWB脉冲为高斯一至五阶微分型脉冲。其中，高阶的超宽带脉冲(如： 高斯四阶微分型脉冲)的功率谱更满足美国联邦通讯委员会(FCC)定义的辐射 掩蔽要求。目前，产生高斯四阶微分型UWB脉冲的方法主要有两种，一种是基 于反射式半导体光放大器(RSOA)的马赫曾德干涉仪结构，另外一种是基于一 个双并行马赫曾调制器(DPMZM)。

RSOA可以用来产生高斯微分型脉冲。高斯一阶微分型(monocycle)脉冲 可基于RSOA中的增益饱和效应产生。高斯二阶微分型(doublet)脉冲可基于 级联Turbo开关RSOA结构产生。通过重叠偏振态正交的低阶超宽带信号，可 以产生高斯三阶微分型(triplet)脉冲和高斯四阶微分型(quadruplet)脉冲。(参 考文献[1]：HanlinFeng,MableP.Fok,ShilinXiao,JiaGe,QiZhou,MaryLocke, RyanTooleandWeishengHu.AReconfigurableHigh-OrderUWBSignalGeneration SchemeUsingRSOA-MZIStructure[J],IEEEPhotonicsJournal,2014,V6(2):1- 8)。然而，以此法产生高斯微分型超宽带脉冲，需要搭建较为复杂的系统，而 且产生的脉冲波形与标准的高斯微分型脉冲相比仍有较大的差距。采用单个双 并行马赫曾调制器(DPMZM)也可以产生高斯微分型超宽带脉冲。此时，需要 优化调制器的两路驱动信号的参数以及调整调制器的三个直流偏置点，才能生 成高斯一至五阶微分型脉冲。(参考文献[2]：QingjiangChang,YueTian,TongYe, JunmingGao,andYikaiSu.A24-GHzUltra-WidebandOverFiberSystemUsing PhotonicGenerationandFrequencyUp-Conversion[J],IEEEPhotonicsTechnology Letters,2008,V20(19):1561-1563.)(参考文献[3]：XiaoqianYangandJuanjuan Yan.GenerationofHighOrderUWBPulsesBasedonaSingleDualParallel March-ZehnderModulator[C],14thInternationalConferenceonOptical CommunicationsandNetworks(ICOCN)，Nanjing,China,2015:1-3)。此法虽然 结构较简单，也可以产生较标准的波形，但是需要优化调节的参数有六个，给 实际操作带来了不便。本发明针对以上的问题，基于单个单驱动的光强度调制 器和普通单模光纤，提出一种高斯四阶微分型UWB脉冲的产生方法。

发明内容

本发明公开了一种高斯四阶微分型超宽带脉冲的产生方法，其基本原理为， 首先采用单驱动的光强度调制器产生高斯二阶微分型(doublet)UWB脉冲。然 后将doublet脉冲经一定长度的普通单模光纤进行传输，利用光纤中的色散效应， 使doublet脉冲波形边缘产生抖动，演变为高斯四阶微分型(quadruplet)脉冲。

具体而言，本发明所涉及的高斯四阶微分型UWB脉冲产生装置的结构如图 1所示。图中，周期性高斯脉冲信号(5)驱动单驱动的光强度调制器(2)对激 光器(1)发出的连续光进行调制，通过调节强度调制器的直流偏置电压(6) 和驱动信号的功率，使光强度调制器的输出为doublet脉冲，此光脉冲经过一段 普通单模光纤(3)传输后，转化为高斯四阶微分型UWB脉冲(4)。

本发明具有以下优点：

1)本发明所涉及的产生高斯四阶微分型UWB脉冲的方法与其他方法相比，仅 采用了单个单驱动的光强度调制器与普通单模光纤，系统结构较简单。

2)与现有的方案相比，本发明只需要一路调制器驱动信号，需要调节的参数仅 有光强度调制器的直流偏置点和驱动信号的功率，因而可操作性更强。

3)与现有的方案相比，本发明采用了普通单模光纤，高斯四阶微分型UWB脉 冲可在相对于调制器所在位置的远端产生，因此，也可应用于分布式系统中。

附图说明

图1：本发明所涉及的高斯四阶微分型UWB脉冲产生的系统框图。

图2：实验和仿真获得的脉冲波形，其中，实线表示实验产生的信号波形， 虚线表示仿真产生的波形。图2(a)为调制器输出未经光纤传输时的波形；图 2(b)、(c)和(d)分别为经过30km、40km和50km光纤传输后的波形。

图3：实验与仿真产生的脉冲的功率谱，其中，实线表示实验产生的信号功 率谱，虚线表示仿真产生的信号功率谱包络，各图中上部的虚线表示FCC辐射 掩蔽，图3(a)、(b)和(c)分别为强度调制器输出经过30km、40km和50km 光纤传输后的功率谱。

具体的实施方式

本发明所提出的高斯四阶微分型超宽带脉冲产生方法，已通过理论仿真和 实验进行了验证，实验装置如图1所示，实验过程及实验结果结合附图说明如 下。

实验中，脉冲模式发生器产生宽度为100ps的高斯脉冲，其具体模式为固定 的“1000000000000000”码型，即脉冲重复频率为0.625GHz。利用此脉冲信 号驱动单驱动的光强度调制器，通过调节调制器的直流偏置点及高斯脉冲的功 率，使调制器输出为doublet脉冲，并经普通单模光纤进行传输。光纤的色散参 数为D＝16ps/ns/km，衰减系数为α＝0.215dB/km，有效截面积为A_eff＝80μm²。 实验结果如图2所示，其中，实线表示实验产生的信号波形，虚线表示仿真产 生的波形。图2(a)为调制器输出未经光纤传输时的波形；图2(b)、(c)和(d) 分别为经过30km、40km和50km光纤传输后的波形。由图2中可以看出，实验 波形与仿真波形基本一致。当信号未经光纤传输时，信号呈现为高斯二阶微分 型(doublet)脉冲。当信号经过光纤传输30km、40km和50km后，信号的波形 发生了变化，呈现为高斯四阶微分型(quadruplet)脉冲。图3为实验与仿真产 生的信号的功率谱，其中，实线表示实验产生的信号功率谱，虚线表示仿真产 生的信号功率谱包络，各图中上部的虚线表示FCC辐射掩蔽。图3(a)、(b) 和(c)分别为信号经过30km、40km和50km光纤传输后的功率谱。从图中可 以看出，实验产生的信号功率谱与仿真产生的信号功率谱包络基本相符，但实 验产生的信号功率谱有一些低频分量，这是由于在空码处有一些噪声波动。经 过光纤传输后的功率谱都满足FCC辐射掩蔽要求。因此，图2和3说明，利用 本发明方法产生的高斯四阶微分型超宽带脉冲对所用光纤的长度并不敏感，可 在较宽的光纤长度范围内得到满足FCC辐射掩蔽要求的超宽带脉冲。

以上实验与仿真结果都说明了本发明的可行性。