微波光子学中的四倍频方案设计及optisystem仿真课稿.doc

学 号： 0121214430104 课 程 设 计 题 目 微波光子学中的四倍频方案设计及optisystem仿真 学 院 理学院 专 业 光信息科学与技术 班 级 1201班 姓 名 查大册 指导教师 易迎彦 2015 年 7 月 10 日 目录 1 技术要求 1 2 设计方案 1 2.1 双驱动MZM原理分析 1 2.2 基于MZM的ROF信号产生 3 2.3 基于微波光子学的倍频技术的主要指标 3 2.3.1 工作频率和倍频次数 3 2.3.2 倍频效率 3 2.3.3 谐波抑制比 4 2.4 基于两MZM 并联的四倍频方案 4 2.4.1 理论分析 4 2.4.2 仿真模型 6 3 实验及分析 7 4 10 5 参考文献 11 微波光子学中的四倍频方案设计及 optisystem仿真 技术要求 利用双驱动MZM系统对倍频技术进行理论建模，采用级联MZM或者并联的MZM设计四倍频方案并利用Optisystem进行仿真，并研究器件性能参数对倍频性能的影响。 设计方案 利用并联 MZM 产生倍频信号的方案并不多，很多有关MZM的方案，都会控制输入的幅度，来，使得某阶次的边带得到抑制。但是使用这种方法，，1所示。双平衡DPMZM的结构是将两个子MZM集成到主MZM的两臂上，可用三组电压去控制。 图 1 双驱动MZM结构图 设入射光为： （1） 其中，E0为入射光的幅度，为入射光的角频率。 设为MZM的插入损耗，为上下两臂的分光比，是调制器的半波电压，V b1、V b2分别为加到上下臂的直流偏置电压，V1(t)、2V(t)分别为加到上下臂的交流电压。V1(t)、V2(t)分别为加到上下臂的交流电压。 （2） 为了简化分析，设为理想状态，调制器的插入损耗，上下臂的分光比=1/2，则公式（2）可简化为： （3） （4） 输出的光信号强度是： ，当=0，输出光强当，输出光强当，输出光强 基于MZM的ROF信号产生 基用双驱动MZM进行外调制产生ROF信号，存在双边带（DSB）、抑制载波双边带（CSDSB）和单边带（SSB）三种调制方式[53]。如图2-2搭建一个ROF系统，使用2.5Gb/s的NRZ码调制10GHzRF信号，产生一个副载波信号，再使用双驱动MZM调制连续波激光器，设置不同的偏置电压Vb1和两臂输入电信号的相位差,可形成双边带（DSB）、抑制载波双边带（CSDSB）和单边带（SSB）三种调制信号。当这些信号传输到光电探测器PIN时，边带和边带之间或者边带和基带之间拍频产生携带基带信号的微波信号。 图 2 使用2.5Gb/s的NRZ码调制GHz的RF的ROF基带信号可表示为： 是值为0或者1的随机码，g(n-kT)是NRZ方波。那么电乘法器输出为： （7） 基于微波光子学的倍频技术的主要指标 工作频率和倍频次数 基于微波光子学的倍频技术一般工作于10-100GHz。从以往文献方案来看，倍频次数一般可以做到二、四、六等倍数，其中，二、四倍的方案较多。 倍频效率 传统的电倍频器使用输入功率与输出功率的比值来表征倍频效率。基于微波光子学中的倍频技术，一般依靠本振信号的电压去控制非线性器件，所以输入电平对输出功率的影响更能反映出倍频效率。同时，光功率的大小对非线性光器件的影响也很大。所以，输入电平、输入光功率和输出倍频信号功率之间的变化关系可以用来表征变频效率。 谐波抑制比 常用谐波抑制比来表征输出倍频信号的频谱纯度。这是比较各种倍频方案优劣的最重要的一个指标。在以往的基于微波光子学的倍频方案，一般能达到10dB左右的谐波抑制比。 基于两MZM 并联的四倍频方案 理论分析 MZM1的输出信号为： (8) 用贝塞尔函数展开，在小信号调制情况下，取主要的前三阶，忽略高次项： (9) MZM的输出信号为 （10） 用贝塞尔函数展开，在小信号调制情况下，取主要的前三阶，忽略高次项： （11） 通过光延迟线延迟时间后，信号变为： （12） 光信号在B点处耦合： （13） 若要产生四倍频，需A0、A1和A-1都等于零，且A-2和A2不等于零。取各个有关相位的未知数在一个周期内，可获得两组解：