### 宽带双极化双并行马赫-曾德尔调制器基光电微波相位移器
#### 摘要与引言
本文介绍了一种基于宽带双极化双并行马赫-曾德尔调制器（DP-DPMZM）的新光电微波相位移器，该相位移器能够在4到40GHz的宽频带范围内实现360°相位移动，并且具有平坦的幅度和相位响应性能。随着光子技术在波束形成网络中的应用日益增多，其优点包括宽带宽、数据远程传输时低损耗、电磁干扰免疫性以及轻量化等特性，因此受到了广泛关注。尽管已有多项关于光子微波相移结构的研究报道[2-5]，但其中能实验展示宽带（带宽>30GHz）相移操作的却很少[4],[5]。这些宽带相移器通常依赖于光学滤波器来去除一侧边带，这限制了相移器在接近光学载波频率时的工作频率，因为在此频率附近的不想要的边带无法被光学滤波器充分抑制。
为了解决这一问题，本文提出了一种新的光电微波相位移器方案，它基于双极化双并行马赫-曾德尔调制器。该方案的优点在于只需要一个控制电压，而且该电压与射频（RF）相移之间存在着线性关系。此外，还对该相位移器结构的设计参数容差进行了探讨。实验结果显示，该方案可以在4到40GHz的频段内实现宽带相移操作。
#### 基础概念解析
- **双极化双并行马赫-曾德尔调制器（DP-DPMZM）**：这是一种特殊的光学调制器，由两个并行的马赫-曾德尔调制器组成，每个调制器都处理不同的偏振态。这种设计使得可以通过精确控制输入电压来独立调整不同偏振态的信号相位，从而实现宽带相移。
- **光电微波相位移器**：这是一种利用光子学技术实现对微波信号相位进行调整的设备。在雷达、卫星通信、无线通信等领域有着广泛的应用前景。
- **马赫-曾德尔调制器**：一种常用的电光调制器，通过改变光在两个臂中的传播路径长度来实现相位调制。当两路光波重新会合时，会发生干涉现象，从而实现信号调制。
#### 系统结构与工作原理
如图1所示，DP-DPMZM结构包括激光源、射频输入信号、两个45°偏振器、两个马赫-曾德尔调制器以及一个90°混合器。系统工作流程大致如下：
1. **激光源**：产生稳定的连续波激光。
2. **射频输入信号**：向DP-DPMZM提供射频信号作为输入。
3. **两个45°偏振器**：将激光分为两个正交偏振态，分别进入两个马赫-曾德尔调制器。
4. **马赫-曾德尔调制器**：对两个偏振态的信号分别进行调制，通过施加不同的直流电压来改变信号的相位。
5. **90°混合器**：将两个偏振态的信号合并后送入光电探测器。
6. **光电探测器**：将合并后的光信号转换为电信号，输出射频信号。
#### 实验结果与分析
实验结果显示，基于DP-DPMZM的相位移器能够在4至40GHz的频率范围内实现360°的相位移动，并且在整个频段内都保持了良好的幅度和相位响应特性。此外，实验还验证了控制电压与RF相移之间的线性关系，这对于实际应用来说是非常有利的，因为它简化了控制系统的复杂度。
#### 结论
本文提出了一种新型的宽带双极化双并行马赫-曾德尔调制器基光电微波相位移器，并对其性能进行了实验验证。实验结果表明，该相位移器不仅能够在广泛的频率范围内实现高精度的相位调节，而且还具有良好的幅度和相位响应特性，这对于未来的雷达系统、卫星通信系统以及无线通信系统等领域的应用具有重要意义。
