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利用 DFB 激光器非线性的高线性射频光传输链路
2021-07-07 09:28:15 | 技术支持 浏览量：2599
微波光纤传输技术(Radio over Fiber RoF)[1]由于其大带宽尧低传输损耗尧抗电磁干扰等优势得到了国内外研究人员广泛的关注尤其在拉远天线尧宽带无线局域网尧 光控相控阵天线等领域得到了广泛的应用[1-4] 但当多频率射频信号进入微波光传输系统时 由于调制器调制曲线的非线性效应导致电光调制的过程中会产生交调失真量 其中三阶交调量 (Third order inter modulation IMD3)与基频信号相邻较近无法单纯通过滤波器进行滤除因此会严重影响系统的无杂散动态范围。
1 系统原理与分析
1.1 线性化系统原理
线性化系统原理图如图 1 所示 输入信号由射频功分器分为两路 分别通过 MZM 调制器和半导体激光器进行电光调制 之后通过光耦合器将光信号合路 最后通过光电探测器进行光电转换输出射频信号 其中外调制 RoF 系统激光器波长与直调激光器波长不同 调整系统中直调激光器的偏置电流可使系统直调和外调链路单独输出的三阶交调量功率相同通过调整直调链路延时参量令直调 RoF 链路与外调 RoF 链路输出的三阶交调量在到达光电探测器(Photodetector PD)时相位相差 180毅从而三阶交调量相消 但当半导体激光器工作在大偏置电流情况下基频信号也会发生比较严重的相消效应影响系统动态范围 因此为了减少直调链路输出基频信号对系统的影响 对半导体激光器低偏置区的线性特性进行实验研究。
1.2 半导体激光器低偏置区线性研究
根据 W. I. WAY 建立的半导体激光器非线性模型[15]可知当激光器随着偏置电流的变小系统三阶交调比(Carrier to third interference ratio CIR)逐渐变小为了得出具体的变化趋势针对系统中的直调 RoF 链路对其输出基频信号尧三阶交调量与输入信号尧偏置电流的关系进行分析 测试射频信号源(RF generator)采用安捷伦 E8267D其可通过内部调制输出双音信号曰频谱分析仪(Spectrum Analyzer) 采 用安捷伦 E4440A 输出双音信号频率间隔为 10 kHz中心频率为 4 GHz通过频谱仪测量不同激光器偏置电流和输入功率时 链路输出基频信号与三阶交调量功率变化趋势 其中基频信号输出功率如图 2 所示可知随着半导体激光器偏置电流增大基频信号输出功率逐渐增大在输入射频功率达8 dBm 时接近饱和区 三阶交调量输出功率关系如图 3 所示可知输入射频功率一定时随着激光器驱动电流增大三阶交调量的输出功率并非单调变化随着偏置电流增大输出三阶交调功率逐渐增大 并在到达最高点后下降激光器偏置电流为 18.5 mA 时到达最高值点 通过对比分析可知在低偏置电流情况下直接调制 RoF 链路在输出相同功率三阶交调量时输出基频信号功率可保持在相对较小的范围内。
根据图 1 的原理结构 比较直调RoF 系统和外调 RoF 系统输出基频信号和三阶信号关系 当输入相同射频信号功率时，通过调整激光器偏置电流，可令直调系统和外调系统输出三阶信号功率相同 此时则可得当直调激光器工作在低偏置区时 直调系统和外调系统输出基频功率的关系 实验结果如图4 所示当直调半导体激光器工作在低偏置区直调和外调系统输出等功率三阶交调量时 直调系统输出的基频信号功率远小于外调信号输出的基频信号功率值相差约 20 dB 当直调信号输入前加 10 dB 增益时当输出三阶信号相同时在较小信号输入时基频信号相差约 35 dB 在直调链路前加入 10 dB 增益时输出基频信号更小更有利于系统性能的改善。
2 链路原理与实验结果
根据以上分析搭建线性化系统如图 5 所示直调激光器前加 10 dB 射频增益 直调链路延时通过可调光延时线(Variable Optical Delay Line，VODL)进行调整光耦合器采用 3 dB 耦合器 当系统输入频率
间隔为 10 kHz中心频率为 4 GHz 的双音信号观测链路输出的基频信号阶信号和三阶交调功率 当直调激光器未工作 输出基频信号为-23.1 dBm 时链路 CIR 为 33.79 dB曰当直调激光器工作输出基频信号功率不变链路 CIR 为 55.05 dB链路三阶交调量抑制 21.26 dB根据以上分析搭建线性化系统如图 5 所示直调激光器前加 10 dB 射频增益 直调链路延时通过可调光延时线(Variable Optical Delay Line VODL)进行调整光耦合器采用 3 dB 耦合器 当系统输入频率间隔为 10 kHz中心频率为 4 GHz 的双音信号观测链路输出的基频信号阶信号和三阶交调功率当直调激光器未工作如图 6(a)所示输出基频信号为-23.1 dBm 时链路 CIR 为 33.79 dB曰当直调激光器工作如图 6(b)所示输出基频信号功率不变链路 CIR 为 55.05 dB可知链路三阶交调量抑制 21.26 dB。
根据以上分析搭建线性化系统 如图 5 所示 直调激光器前加 10 dB 射频增益 直调链路延时通过可调光延时线(Variable Optical Delay Line VODL)进行调整 光耦合器采用 3 dB 耦合器 当系统输入频率间隔为 10 kHz 中心频率为 4 GHz 的双音信号 观测链路输出的基频信号阶信号和三阶交调功率当直调激光器未工作 如图 6(a)所示输出基频信号为-23.1 dBm 时 链路 CIR 为 33.79 dB；当直调激光器工作 如图 6(b)所示输出基频信号功率不变 链路 CIR 为 55.05 dB 可知链路三阶交调量抑制 21.26dB。
当下路直调激光器工作在低偏置范围 此时系统本底噪声为-164dBm直调系统输出基频信号功率远小于外调制系统输出的基频信号功率，因此直接调制 RoF 链路的引入基本不影响外调制 RoF 链路基频信号的输出功率 通过线性拟合得到系统动态范围如图 7 所示 在不开启下路直调激光器时 系统 SFDR 为 93.18dB ·Hz2/3； 当开启下路直调激光器时 系统 SFDR 为 101.86dB ·Hz2/3 改善约为 8.68dB。
