四波混頻(FWM)效應(yīng)是一種非線性效應(yīng)，目前已經(jīng)有在高非線性光纖和半導(dǎo)體光放大器(SOA)中的應(yīng)用來實現(xiàn)頻率的加倍[5-8]。而在強注入條件下，可利用注入鎖模分布反饋 (DFB)激光器中的FWM效應(yīng)來實現(xiàn)頻率的三倍頻。

在這種方法下，通過直接調(diào)制或者間接調(diào)制實現(xiàn)注入的種子光，利用注入鎖定來增強所需要的模式。圖7(a)給出了相應(yīng)的實驗裝置原理圖。圖7(b)比較了從DFB激光器的輸入光信號和輸出的FWM信號，對于輸入信號來說，二階邊帶比一階邊帶低30 dB以上，直接拍頻的60 GHz幾乎沒有。而通過FWM效應(yīng)，長波長處的二階邊帶被放大了25 dB，同時被放大的還有注入鎖定的長波長的一階邊帶。圖7(c)是拍頻的60 GHz電信號，其在偏移100 kHz處的相位噪聲在-95 dBc/Hz以下，同時信號質(zhì)量與參考的20 GHz射頻源相比只有5 dB的損傷，見圖7(d)，利用這種方法也能產(chǎn)生高質(zhì)量的毫米波信號。

此外，更低頻率的參考源10 GHz也可以被使用來實現(xiàn)60 GHz的毫米波信號，實驗結(jié)果表明其在偏移100 kHz處的相位噪聲在-90 dBc/Hz以下，同時相比參考源只有10 dB的相位噪聲損傷。

2、下行鏈路基帶信號光學(xué)上變頻部分及傳輸性能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

傳統(tǒng)的RoF系統(tǒng)中，由于直接采用了微波射頻源，其對下行基帶信號的上變頻采用高頻的混頻器即可，然后再將混頻后的微波信號利用外調(diào)制器調(diào)制到光載波上。而對于毫米波RoF系統(tǒng)，由于毫米波射頻源的昂貴，在毫米波產(chǎn)生部分已經(jīng)采用光外差法，則在基帶信號上變頻方面需要進行相應(yīng)的改動。

對于外調(diào)制器法，可以利用多加入一級光調(diào)制器來實現(xiàn)基帶信號的上變頻。而在FP激光器雙模注入鎖模方式中，則可以利用對FP激光器的電流直接調(diào)制實現(xiàn)基帶信號的上變頻。

上述兩種基帶信號上變頻方法，最終實現(xiàn)的均是對光相干雙縱模的雙模調(diào)制，即兩個縱模上都帶有基帶信號。而在毫米波RoF通信系統(tǒng)中，光纖色散損傷(特別是1.55 um處)會對系統(tǒng)中光信號的作用距離加以限制。雖然相比傳統(tǒng)的光雙邊帶調(diào)制(DSB)，采用雙模調(diào)制對于傳輸距離的色散損傷限制要弱些，但仍不如傳統(tǒng)的光單邊帶調(diào)制(SSB)[9]。

目前實現(xiàn)高頻的單邊帶調(diào)制或者類似的單縱模調(diào)制已有的方法有DSB調(diào)制加濾波法[10]、光外差法分波后單獨調(diào)制一個縱模[11]、強注入鎖模DFB激光器的選擇性放大作用[12]，其中文獻[12]的方法需要DFB激光器有極高直調(diào)頻率響應(yīng)。最近一種實現(xiàn)基于DFB激光器單模鎖模的、類似于SSB調(diào)制的單模調(diào)制新方法被提出[13]，下行的基帶信號可以被主要調(diào)制到光雙縱模中注入鎖模的縱模上，從而大大克服色散損傷的影響。

具體的實驗裝置和實驗原理圖見圖8(a)所示，圖8(b)中給出了光信號傳輸22.2 km單模光纖后的接收到的毫米波功率隨基帶調(diào)制頻率的變化(測試的中心頻率為54 GHz，采用一階邊帶單模注入鎖模)，可以看到單模調(diào)制在對抗色散的影響方面較雙模調(diào)制有很大的優(yōu)勢，雙模調(diào)制在基帶頻率為3 GHz處有一個很大的射頻功率衰落，而單模調(diào)制則變化不大。最后調(diào)制輸出的光譜見圖8(c)，而對比外調(diào)制法中加一級調(diào)制器上載基帶數(shù)據(jù)后的光譜圖如圖8(d)所示。從圖8(c)可以看到，由于注入鎖模效應(yīng)，當(dāng)改變從DFB激光器的電流時，被注入鎖定的模式(1 550.39 nm)調(diào)制度較大，而另外一個未注入鎖定的模式(1 550.82 nm)調(diào)制度較小，兩者相差22 dB以上。此外，基于60 GHz毫米波的RoF單模調(diào)制2.5 Gb/s數(shù)據(jù)傳輸也進行了實驗，采用G.652單模光纖，傳輸距離為50 km，傳輸后眼圖仍然較為清晰，可實現(xiàn)無誤碼傳輸。而如果采用雙模調(diào)制，則無法獲得眼圖信號。

3、上行鏈路中信號下變頻部分的優(yōu)化

在傳統(tǒng)的RoF系統(tǒng)中，用戶終端接收到的微波信號轉(zhuǎn)換成基帶信號的一般做法是在基站或中心站利用混頻器在電域?qū)⑵湎伦冾l。而對于毫米波RoF系統(tǒng)，由于毫米波射頻源的昂貴，就需要對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以節(jié)省成本。

一種優(yōu)化手段是在基站利用高速電吸收調(diào)制器[14]，通過對下行鏈路中空閑的、頻率間隔與毫米波頻率相同的光相干雙縱模信號的調(diào)制，然后直接檢測低頻基帶信號即可實現(xiàn)上行信號的下變頻。

另一個可行方法是利用注入鎖模DFB激光器來實現(xiàn)光下變頻。其實驗原理裝置圖見圖9(a)。目前已經(jīng)有很多研究證明了在強注入鎖定下，DFB激光器或者垂直腔面反射激光器(VCSEL)可以大大提高激光器的頻率響應(yīng)[15-16]。同時本文前面也說明了雙模注入鎖模可以大大提升半導(dǎo)體激光器的頻率響應(yīng)。在注入鎖模DFB激光器來實現(xiàn)光下變頻的實驗中，通過注入鎖模，DFB激光器的直調(diào)頻率響應(yīng)從自由振蕩的5 GHz提高到了超過20 GHz。如果將縱模間距為毫米波頻率的光相干雙縱模信號從中心站發(fā)送到基站并注入鎖定DFB激光器，同時將基站接收到的天線信號調(diào)制該DFB激光器，則注入縱模的調(diào)制后的邊帶將落在另一個縱模的基帶，由于兩個縱模是相干的，于是直接進行光濾波則可將中頻或者基帶信號獲得。這樣就可以在不需要在高速光電二極管和混頻器的條件下進行毫米波信號的下變頻。