一种谐波深度抑制的宽带移频装置
阅读说明：本技术 一种谐波深度抑制的宽带移频装置 (Broadband frequency shift device with harmonic wave depth suppression function ) 是由 杨波 黄超群 池灏 杨淑娜 欧军 翟彦蓉 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种谐波深度抑制的宽带移频装置,包括激光器、光分路器、上行双平行调制器、下行双平行调制器、光移相器、光合路器、微波耦合器和电源控制单元；其中,激光器输出的激光经光分路器分路输入上行双平行调制器和下行双平行调制器；射频信号通过微波耦合器分成4路并通过不同相移后加载在上行双平行调制器和下行双平行调制器的4个子调制器的射频输入口,通过调节直流偏置点电压和光移相器实现频率右移或左移,改变射频信号的频率可以改变移频量；本发明可实现谐波深度抑制的宽带移频信号,应用于光传感测量、光频梳产生等领域。(The invention relates to a broadband frequency shift device for harmonic depth suppression, which comprises a laser, an optical splitter, an uplink double-parallel modulator, a downlink double-parallel modulator, an optical phase shifter, an optical combiner, a microwave coupler and a power control unit, wherein the laser is connected with the optical splitter; laser output by the laser is split by the optical splitter and input into the uplink double-parallel modulator and the downlink double-parallel modulator; the radio frequency signal is divided into 4 paths by the microwave coupler, and loaded on the radio frequency input ports of 4 sub-modulators of the uplink dual-parallel modulator and the downlink dual-parallel modulator after different phase shifts, frequency right shift or left shift is realized by adjusting direct current bias point voltage and the optical phase shifter, and the frequency shift quantity can be changed by changing the frequency of the radio frequency signal; the invention can realize a broadband frequency shift signal for harmonic depth suppression, and is applied to the fields of optical sensing measurement, optical frequency comb generation and the like.)
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域，尤其涉及一种谐波深度抑制的宽带移频装置。
背景技术
移频是信号处理的重要手段，因为移频只是信号的中心频率改变，对信号的相位等重要信息没有影响，移频技术被广泛的应用在许多领域，例如多普勒测振仪、光学陀螺仪、微波信号产生以及产生光频梳信号产生等。对于常见的移频方法主要有两种，第一种是利用声光移频器来移频，第二种是利用双平行调制器完成载波抑制单边带调制达到移频的目的。声光移频器的移频原理是用压电换能器把驱动信号转换成超声场，该超声场和光场在声光晶体内相互作用形成体光栅，进而造成入射激光发生衍射，由于体光栅随声场同步运动，因而激光的移频频率与外加驱动信号的频率相同，声光移频器的移频效率较高且工作稳定。利用双平行调制器的移频，是通过载波抑制单边带的方法来完成的，在双平行调制器的两个子调制器分别产生相位不相同的载波抑制双边带，再合路发生光干涉消除了一边的边带。对于声光移频器的移频来说，它的移频范围较小，往往在百兆赫兹以内，不适用于需要宽带移频的场景(如光频梳产生)。而对于利用双平行调制器的移频，受到三阶谐波等高阶谐波的影响，难以产生谐波深度抑制的移频信号。
针对以上问题，故，有必要对其进行改进。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种谐波深度抑制的宽带移频装置和方法。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种谐波深度抑制的宽带移频装置，包括激光器、光分路器、上行双平行调制器、下行双平行调制器、光移相器、光合路器、微波耦合器和电源控制单元；其中，激光器输出的激光经光分路器分路输入上行双平行调制器和下行双平行调制器；射频信号通过微波耦合器分成4路并通过不同相移后加载在上行双平行调制器和下行双平行调制器的4个子调制器的射频输入口，所述电源控制单元通过控制上行双平行调制器和下行双平行调制器的6个直流偏置点使之工作在载波抑制单边带调制模式下，调节光移相器使得上行双平行调制器、下行双平行调制器输出的高阶谐波相位相反，经光合路器合路后得到高阶谐波深度抑制的移频信号；通过调节直流偏置点电压和光移相器实现频率右移或左移，改变射频信号的频率可以改变移频量。
作为本发明的一种优选方案，所述4个子调制器包括子调制器1、子调制器2、子调制器3和子调制器4；其中，子调制器1、子调制器2安装于上行双平行调制器，子调制器3和子调制器4安装下行双平行调制器上。
作为本发明的一种优选方案，所述微波耦合器分别电连接第一电移相器、第二电移相器和第三电移相器。
作为本发明的一种优选方案，所述第一电移相器移相为90°，第二电移相器移相为45°，第三电移相器移相为135°。
作为本发明的一种优选方案，所述上行双平行调制器、下行双平行调制器的4个子调制器均为推挽工作模式。
作为本发明的一种优选方案，所述上行双平行调制器和下行双平行调制器有6个直流偏置输入，其中偏置1、偏置2、偏置4、偏置5的输入电压等于调制器的半波电压Vπ，其中偏置3、偏置6根据频率右移或频率左移分别为3Vπ/2或Vπ/2。
作为本发明的一种优选方案，所述电源控制单元控制上行双平行调制器和下行双平行调制器的6个偏置点，为稳压电源、自动偏置控制电路中的任意一种。
作为本发明的一种优选方案，所述光移相器在频率右移时造成的移相为7π/4，在频率左移时造成的相移为π/4。
作为本发明的一种优选方案，所述光移相器为可调光延时线，也可以为其他可以实现光移相的器件。
本发明的有益效果是：
(1)通过调节射频信号的频率来改变移频量，移频频率宽带可调。
(2)通过抑制高阶谐波分量功率，极大地提高了移频信号的边模抑制比。
附图说明
图1是本发明实施的一种谐波深度抑制的宽带移频装置和方法的基础结构示意图；
图2是本发明实施的理想状况下的谐波深度抑制的频率右移频谱示意图；
图3是本发明实施的理想状况下的谐波深度抑制的频率左移频谱示意图；
图中附图标记：1.激光器，2.光分路器，3.上行双平行调制器，3(a)子调制器1，3(b)子调制器2，4.下行双平行调制器，4(a)子调制器3，4(b)子调制器4，5.光移相器，6.光合路器，7.微波耦合器，8.第一电移相器，9.第二电移相器，10.第三电移相器，11.电源控制单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
如图1所示，本发明提出一种谐波深度抑制的宽带移频装置。单元包括激光器1、光分路器2、上行双平行调制器3、下行双平行调制器4、光移相器5、光合路器6、微波耦合器7、第一电移相器8、第二电移相器9、第三电移相器10、电源控制单元11；激光器1输出的激光经光分路器2分路输入上行双平行调制器3和下行双平行调制器4，射频信号通过微波耦合器7分成4路并通过不同相移后加载在两个双平行调制器的4个子调制器的射频输入口，子调制器1、子调制器2、子调制器3和子调制器4均工作在推挽工作模式，第一电移相器相移为90°，第二电移相器相移为45°，第三电移相器相移为135°。通过调整电源控制单元11输出电压，使得子调制器1、子调制器2、子调制器3和子调制器4工作在最小偏置点，即偏置1、偏置2、偏置4、偏置5的所引起的相移为π，若要完成频率右移(频率变大)则使偏置3、偏置6引起的相移为3π/2，光移相器9引起的相移为7π/4，如果要完成频率左移(频率变小)，则使偏置3、偏置6引起的相移为π/2，光移相器9引起的相移为π/4。
具体原理说明如下：假设输入光信号的光场为A为激光信号幅度，ω1为激光信号角频率，射频信号为V＝VRFcos(ω2t),VRF为射频信号幅度，ω2为射频信号角频率，考虑理想分路的情况(上下两路光功率比为1:1)，若要实现频率右移(频率变大)：
子调制器1工作在最小偏置点，生成抑制偶次谐波的双边带信号，输出光信号的光场表达式为：
子调制器2输出光信号的光场表达式为：
偏置3造成的相移为3π/2，上行双平行调制器输出光信号的光场表达式为：
同理，下行双平行调制器输出光信号的光场表达式为：
可以看出上行双平行调制器3的输出信号和下行双平行调制器4的输出信号只有相位上的不同，且只存在4n+1阶边带。下行双平行调制器4的光信号经过光移相器10的7π/4移相后，光合路器6输出光信号的光场表达式为：
我们可以得到输出光信号的光场表达式为：
其中m＝π×VRF/Vπ为调制系数，Jn()表示第一类贝塞尔函数。
由上式可知，输出光信号主要为正一阶的右移频信号，最大的边模为负七阶的边带，从而得到了谐波深度抑制的右移频信号。
若要实现频率左移(频率变小)：
子调制器1工作在最小偏置点，生成抑制偶次谐波的双边带信号，输出光信号光场表达式为：
子调制器2输出光信号光场表达式为：
偏置3造成的相移为π/2，上行双平行调制器3输出的光信号光场表达式为：
同理，下行双平行调制器4输出的光信号光场表达式为：
可以看出上行双平行调制器3的输出信号和下行双平行调制器4的输出信号只有相位上的不同，且只存4n+3阶边带。下行双平行调制器4的光信号经过光移相器10的π/4移相后，光合路器6输出光信号的光场表达式为：
我们可以得到输出光信号的光场表达式为：
其中m＝π×VRF/Vπ为调制系数，Jn()表示第一类贝塞尔函数。
由上式可知，输出光信号主要为负一阶的左移频信号，最大的边模为正七阶的边带，从而得到了谐波深度抑制的左移频信号。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记：1.激光器，2.光分路器，3.上行双平行调制器，3(a)子调制器1，3(b)子调制器2，4.下行双平行调制器，4(a)子调制器3，4(b)子调制器4，5.光移相器，6.光合路器，7.微波耦合器，8.第一电移相器，9.第二电移相器，10.第三电移相器，11.电源控制单元等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
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