[發明專利]基于環形光纖鏈路的光學頻率傳遞裝置與傳遞方法

有效

• 申請號: 202010114992.6
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111342898B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 胡亮;吳龜靈;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04B10/275;H04B10/516;H04Q11/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于環形光纖鏈路的光學頻率傳遞裝置，其特征在于，包括本地端(1)、環形光纖鏈路(2)和接入端(3)；

所述的本地端(1)由第一光耦合器(11)、第一聲光移頻器(20)、第一微波源(16)、混頻器(15)、第一帶通濾波器(17)、法拉第旋轉鏡(13)、第二光耦合器(12)、第一光電轉換單元(14)、第二微波源(18)和第一微波功分器(19)組成，所述的第一光耦合器(11)的1端口、2端口、3端口分別與待傳光學頻率輸入口、所述的環形光纖鏈路(2)的一端、所述的第二光耦合器(12)的1端口相連，所述的第二光耦合器(12)的2端口、3端口、4端口分別與所述的第一光電轉換單元(14)的輸入端口、所述的第一聲光移頻器(20)的1端口、所述的法拉第旋轉鏡(13)相連，所述的第一聲光移頻器(20)的2端口與所述的環形光纖鏈路(2)的另一端相連，所述的第一光電轉換單元(14)的輸出端口與所述混頻器(15)的1端口相連，所述的混頻器(15)的2端口、3端口分別與所述的第一微波源(16)的輸出端、所述的第一帶通濾波器(17)的輸入端相連，所述的第一帶通濾波器(17)輸出端與所述的第一微波功分器(19)的1端口相連，所述的第一微波功分器(19)的2端口、3端口分別與所述的第二微波源(18)的輸出端口、所述的第一聲光移頻器(20)的3端口相連；

所述的接入端(3)由第三光耦合器(21)、第四光耦合器(22)、第五光耦合器(27)、第二光電轉換單元(23)、第二帶通濾波器(24)、分頻器單元(25)和第二聲光移頻器(26)組成，所述的第三光耦合器(21)的1端口、2端口、3端口、4端口分別與所述的環形光纖鏈路(2)的前一段、所述的環形光纖鏈路(2)的后一段、所述的第四光耦合器(22)的1端口、所述的第五光耦合器(27)的1端口相連，所述的第四光耦合器(22)的2端口、3端口分別與所述的第二聲光移頻器(26)的1端口、所述的第五光耦合器(27)的2端口相連，所述的第五光耦合器(27)的3端口與所述的第二光電轉換單元(23)輸入端相連，所述的第二光電轉換單元(23)的輸出端與所述的第二帶通濾波器(24)的輸入端相連，所述的第二帶通濾波器(24)的輸出端與所述的分頻器單元(25)的輸入端相連，所述的分頻器單元(25)的輸出端與所述的第二聲光移頻器(26)的3端口相連，所述的第二聲光移頻器(26)的2端口為光學頻率輸出口。

2.根據權利要求1所述的基于環形光纖鏈路的光學頻率傳遞裝置，其特征在于，所述的光纖鏈路由光纖、雙向光放大器組成。

3.利用權利要求1所述的基于環形光纖鏈路的光學頻率傳遞裝置的光學頻率傳遞方法，其特征在于，該方法具體步驟如下：

1)待傳的光學頻率信號E₀＝cos[νt]經過所述的第一光耦合器(11)后分為兩部分：一部分光學頻率信號E₀進入所述的環形光纖鏈路(2)，沿著順時針方向在所述的環形光纖鏈路(2)中傳遞，另一部分光學頻率信號E₀經所述的第二光耦合器(12)再次分成兩路，一路分光經過所述的法拉第旋轉鏡(13)反射后經所述的第二光耦合器(12)后作為本地參考光輸入所述的第一光電轉換單元(14)，另一路沿著逆時針方向在所述的環形光纖鏈路(2)中傳遞；

順時針方向傳遞的光學頻率信號E₀經過所述的環形光纖鏈路(2)再次回到本地端(1)，經過所述的第一聲光移頻器(20)和所述的第二光耦合器(12)后進入所述的第一光電轉換單元(14)后，所述的第二微波源(18)輸出的微波信號經所述的第一微波功分器(19)加載到所述的第一聲光移頻器(20)的微波信號的頻率為Ω_R，所述的第一聲光移頻器(20)工作在下移頻模式，所述的第一光電轉換單元(14)拍頻信號為E₁：

E₁∝cos[Ω_Rt-φ_p]

式中，φ_p為輸入的光學頻率信號E₀經過長度為L所述的環形光纖鏈路(2)引入的相位噪聲，這里忽略了輸入光學頻率信號E₀和所述的第二微波源(18)輸出信號的初始相位和幅度；E₁與所述的第一微波源(16)輸出的角頻率為Ω_L，Ω_L＞Ω_R的信號通過所述的混頻器(15)混頻后，經過所述的第一帶通濾波器(17)后濾出下邊帶信號E₂：

E₂∝cos[(Ω_L-Ω_R)t+φ_p]

E₂與第二微波源(18)輸出的信號經過所述的第一微波功分器(19)加載到所述的第一聲光移頻器(20)的3端口，所述的第一聲光移頻器(20)的2端口輸出光信號進入所述的環形光纖鏈路(2)沿著逆時針方向傳遞為

E₃∝cos[(ν-Ω_L+Ω_R)t-φ_p]

2)在所述的環形光纖鏈路(2)中任意節點，通過所述的第三光耦合器(21)可獲得順時針和逆時針傳輸的光信號，通過將順時針和逆時針傳輸的光信號在所述的第二光電轉換單元(23)上拍頻后經過所述的第二帶通濾波器(24)濾出角頻率為Ω_L-Ω_R的微波信號，該微波信號經過所述的分頻器單元(25)后為：

式中，φ_a和φ_b分別為逆時針和順時針方向從本地端(1)到接入端(3)的光纖鏈路長度L_a和L_b的相位噪聲，根據鏈路長度之間的關系L＝L_a+L_b，長度為L的環形光纖鏈路(2)引入的總相位可表示為φ_p＝φ_a+φ_b，所述的接入端(3)接收到的順時針信號可表示為

E₅∝cos[νt+φ_b]；

3)所述的E₄加載到所述的第二聲光移頻器(26)的3端口，所述的接入端(3)接收到沿順時針傳播的光信號E₅經過所述的第二聲光移頻器(26)的1端口、2端口后，輸出的光學頻率信號可表示為：

可見上式補償了E₆中順時針方向從本地端(1)到接入端(3)的光纖鏈路引入的相位噪聲頻率信號。