CN112751250A - 一种快速跳频的锁模光电振荡器 - Google Patents

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杨波
余纪文
赵红燕
池灏
杨淑娜
欧军
翟彦蓉
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    • H01S1/00—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range
    • H01S1/02—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range solid

Abstract

本发明涉及一种快速跳频的锁模光电振荡器，包括波形生成模块、激光器、相位调制器、光纤、光带阻滤波器、光电探测器、微波放大器和微波耦合器；光电探测器产生的微波信号通过微波放大器放大后进入微波耦合器，微波耦合器一路反馈回相位调制器中形成闭合的光电振荡器环路，另一路作为周期性跳频信号的输出；本发明利用搭建的通带周期性跳变微波光子带通滤波器，同时使微波光子滤波器的跳变周期和整个环路的传输延时相匹配，实现输出中心频率可调及跳频速度可控的跳频信号。

Description

一种快速跳频的锁模光电振荡器
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域，尤其涉及一种快速跳频的锁模光电振荡器。
背景技术
跳频信号在通信、雷达和电子战领域中有着重要的应用，然而传统的电子方法产生跳频信号，存在跳频带宽小、跳频速率低、信号质量差等问题。
随着微波光子学的发展，研究人员提出了多种基于微波光子学的微波产生技术，其中利用光电振荡器产生的微波信号具有非常好的相位噪声表现。光电振荡器的发展作为微波光子学领域的重要成果，被广泛的应用在微波信号的产生。光电振荡器的关键性指标分为三个：一是相位噪声特性，二是频率的稳定度，三是频率的可调谐性。近些年来研究人员针对光电振荡器的相位噪声表现的提升提出了不少的改进方案，这其中包括了多环光电振荡器、主从光电振荡器等；就其频率的稳定性也进行了不少的研究，包括注入锁定技术、锁相环技术等。频率可调谐则可以通过构建高Q值的可调谐微波光子滤波器来实现，然而传统的光电振荡器受限于频率调谐时需要从噪声状态重新振荡产生新的信号，难以实现频率的快速可调谐。通过频域锁模技术，合理地控制选频器的选频周期和环路周期，可以基于光电振荡器实现振荡信号的连续扫频输出。然而，连续扫频输出信号的信噪比较低，且不满足跳频的要求。
针对以上问题，故，有必要对其进行改进。
发明内容
本发明提供一种快速跳频的锁模光电振荡器，克服了上述至少一种现有技术的不足。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种快速跳频的锁模光电振荡器，包括波形生成模块、激光器、相位调制器、光纤、光带阻滤波器、光电探测器、微波放大器和微波耦合器；所述波形生成模块产生周期性跳变的阶梯形控制信号控制激光器输出的光波长，由激光器、相位调制器、光纤、光带阻滤波器及光电探测器共同组成通带周期性跳变的微波光子带通滤波器，其通带的中心频率取决于激光器的波长和光带阻滤波器中心位置所对应的波长之间的差值，光电探测器产生的微波信号通过微波放大器放大后进入微波耦合器，微波耦合器一路反馈回相位调制器中形成闭合的光电振荡器环路，另一路作为周期性跳频信号的输出；本发明利用搭建的通带周期性跳变微波光子带通滤波器，同时使微波光子滤波器的跳变周期和整个环路的传输延时相匹配，实现输出中心频率可调及跳频速度可控的跳频信号。
作为本发明的一种优选方案，波形生成模块所产生的控制信号，其周期为T＝τ/n，τ为信号在环路中传输一周所用的时间，n为正整数，其在一个周期内为包含N阶阶梯的波形。
作为本发明的一种优选方案，所述波形生成模块所产生的控制信号幅值大小根据预期的跳频信号的频率和激光器波长的关系式以及激光器波长和注入电流的关系式反推得到。
作为本发明的一种优选方案，所述微波光子带通滤波器的跳变周期和所述波形生成模块产生的控制信号的周期T相同。
作为本发明的一种优选方案，所述输出的跳频信号的频率取决于激光器输出光波长和光带阻滤波器中心波长之差。
作为本发明的一种优选方案，输出的跳频信号的跳变速率可以通过成倍数的压缩所述波形生成模块产生的控制信号的周期T来实现整数倍的提升。
作为本发明的一种优选方案，输出跳频信号的相位噪声性能可通过延长环路或替换为多环路来得到提升。
本发明的有益效果是：
1.本发明可以产生频率周期性跳变的跳频信号；
2.本发明利用光电振荡器产生微波跳频信号，其相位噪声表现得到显著的提升；
3.本发明通过控制波形生成模块生成的控制信号的相关参数可实现跳频信号的中心频率可调，跳频带宽可调，跳频速率可控。
附图说明
图1是本发明实施例的一种快速跳频的锁模光电振荡器的结构示意图；
图2是本发明实施例波形生成模块产生的周期阶梯波形示意图；
图3是本发明实施例中一种快速跳频的锁模光电振荡器生成跳频信号的原理图；
图4是本发明实施例中一种快速跳频的锁模光电振荡器输出跳频信号的瞬时频率示意图。
图中附图标记：1.波形生成模块，2.激光器，3.相位调制器，4.光纤，5.光带阻滤波器，6.光电探测器，7.微波放大器，8.微波耦合器。
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，
本实施例提出一种快速跳频的锁模光电振荡器，包括：波形生成模块1、激光器2、相位调制器3、光纤4、光带阻滤波器5、光电探测器6、微波放大器7和微波耦合器8；波形生成模块1产生周期性跳变的阶梯形控制信号控制激光器2输出的光波长，由激光器2、相位调制器3、光纤4、光带阻滤波器5及光电探测器6共同组成通带周期性跳变的微波光子带通滤波器，其通带的中心频率取决于激光器2的波长和光带阻滤波器5中心位置所对应的波长之间的差值，光电探测器6产生的微波信号通过微波放大器7放大后进入微波耦合器8，微波耦合器8一路反馈回相位调制器3中形成闭合的光电振荡器环路，另一路作为周期性跳频信号的输出。本发明利用搭建的通带周期性跳变微波光子带通滤波器，同时使微波光子滤波器的跳变周期和整个环路的传输延时相匹配，实现输出中心频率可调及跳频速度可控的跳频信号。
本发明通过控制波形生成模块生成的控制信号的相关参数可实现跳频信号的中心频率可调，跳频带宽可调，跳频速率可控。
在本实施例中，以产生跳频周期为T，一个周期内的跳频的次数N为3次，跳频频率分别为f1、f2、f3的跳频信号为例，光带阻滤波器5的阻带波长为λ，经过反推得到激光器2输出的波长应为λ1、λ2、λ3，对应的激光器驱动电流为i1、i2、i3，该电流由波形生成模块1控制输出，如图2所示。激光器2输出光载波和相位调制器3相连，相位调制器3将射频信号调制到光载波上，输出为含载波和左右对称的两个边带的已调信号；其中光纤4为储能元件；其中光带阻滤波器5为光环形器级联窄带相移光纤布拉格光栅，用于滤除相位调制器3输出信号的一个边带；光电探测器6用于将光载波和未被抑制的边带拍频产生微波信号，所以输出信号的频率取决于光载波波长和窄带相移光纤光栅的透射峰波长之间的差值，对应拍频产生的微波信号的频率分别为f1、f2、f3，如图3所示。其中光电探测器6、微波放大器7、微波耦合器8、相位调制器3通过电缆相连接，在微波耦合器8的一个输出口输出周期性的跳频信号。
具体的在本实施例中微波光子滤波器的通带随时间而周期性的跳变，跳变周期为T，对应的3个通带的中心频率分别为f1、f2、f3。
具体的在本实施例中激光器驱动电流的周期T＝τ/n，τ为信号在环路中传输一周所用的时间，n为正整数，满足这个条件，信号在环路中传输一周后回到对应微波光子带通滤波器时能够无损的通过。
具体的在本实施例中输出跳频信号的跳频周期为T，一个周期内跳变3次，频率分别为f1、f2、f3，如图4所示。
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.波形生成模块，2.激光器，3.相位调制器，4.光纤，5.光带阻滤波器，6.光电探测器，7.微波放大器，8.微波耦合器等术语，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。

Claims (7)

1.一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：包括波形生成模块(1)、激光器(2)、相位调制器(3)、光纤(4)、光带阻滤波器(5)、光电探测器(6)、微波放大器(7)和微波耦合器(8)；所述波形生成模块(1)产生周期性跳变的阶梯形控制信号控制激光器(2)输出的光波长，由激光器(2)、相位调制器(3)、光纤(4)、光带阻滤波器(5)及光电探测器(6)共同组成通带周期性跳变的微波光子带通滤波器，其通带的中心频率取决于激光器(2)的波长和光带阻滤波器(5)中心位置所对应的波长之间的差值，光电探测器(6)产生的微波信号通过微波放大器(7)放大后进入微波耦合器(8)，微波耦合器(8)一路反馈回相位调制器(3)中形成闭合的光电振荡器环路，另一路作为周期性跳频信号的输出。
2.根据权利要求1所述的一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：所述波形生成模块(1)所产生的控制信号，其周期为T＝τ/n，τ为信号在环路中传输一周所用的时间，n为正整数，其在一个周期内为包含N阶阶梯的波形。
3.根据权利要求1或2所述的一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：所述波形生成模块(1)所产生的控制信号幅值大小根据预期的跳频信号的频率和激光器波长的关系式以及激光器波长和注入电流的关系式反推得到。
4.根据权利要求1所述的一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：所述微波光子带通滤波器的跳变周期和所述波形生成模块(1)产生的控制信号的周期T相同。
5.根据权利要求1所述的一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：所述输出的跳频信号的频率取决于激光器(2)输出光波长和光带阻滤波器(5)中心波长之差。
6.根据权利要求1或5所述的一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：输出的跳频信号的跳变速率可以通过成倍数的压缩所述波形生成模块(1)产生的控制信号的周期T来实现整数倍的提升。
7.根据权利要求6所述的一种快速跳频的锁模光电振荡器，其特征在于：输出跳频信号的相位噪声性能可通过延长环路或替换为多环路来得到提升。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5412687A (en) * 1993-10-15 1995-05-02 Proxim Incorporated Digital communications equipment using differential quaternary frequency shift keying
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