CN102591091A - 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统 - Google Patents

一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102591091A
CN102591091A CN2011104498864A CN201110449886A CN102591091A CN 102591091 A CN102591091 A CN 102591091A CN 2011104498864 A CN2011104498864 A CN 2011104498864A CN 201110449886 A CN201110449886 A CN 201110449886A CN 102591091 A CN102591091 A CN 102591091A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
phase
light
frequency
beam splitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104498864A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102591091B (zh
Inventor
陈翰
孙明明
孙小菡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201110449886.4A priority Critical patent/CN102591091B/zh
Publication of CN102591091A publication Critical patent/CN102591091A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102591091B publication Critical patent/CN102591091B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种提高光子微波信号相位稳定性的方法及系统，所述方法激光器输出的光被偏振光分束器分为两束垂直的偏振光，基准光被移频后与传输光经过偏振光合束器合束到一起，再经过光微波调制和光延时链路后经过偏振光分束器，最后基准光被法拉第旋光镜旋转偏振态后与传输光干涉，再经低速的光检测器检测出拍频信号；将该拍频信号与25MHz的参考信号进行相位比较获得传输系统相位扰动的情况，将鉴相器输出的信号处理后，作为微波光子移相器的控制信号。所述系统包括：DFB激光器、偏振光分束器、声光频移器、偏振光合束器、RF信号发生器、马赫曾德尔调制器、光子微波信号移相器、偏振光分束器、光干涉仪、低频光接收机鉴相器和比例积分器。

Description

一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统
技术领域
本发明涉及一种提高光子微波信号相位稳定性的方法，特别涉及通过两束偏振光的干涉反馈来提高微波信号相位的稳定性。
背景技术
光控相控阵雷达系统中的移相微波信号的相位稳定技术是影响光控相控阵雷达系统测量精确的关键因素之一，本发明涉及的正是提高移相微波信号的相位稳定的一种方法。
光控相控阵雷达是将光电子技术应用在相控阵雷达中，用以传输、分配雷达信号和控制信号，实现光波束控制。光控相控阵雷达相比较于以往的相控阵雷达，在尺寸、重量、传输损耗、辐射干扰等问题得到了有效的改善；光延迟线作为移相器，可获得大的瞬时带宽；采用光纤传输和分配技术，可减轻系统重量，减小体积，提高雷达可靠性，增强抗电磁干扰的能力，改善线路传输特性；天线子系统与雷达子系统可分置不光延迟线是光电子技术在光控相控阵雷达技术中的关键应用同位置，不仅带来结构上的方便，还提高雷达和人员的生存能力。光延迟线是光电子技术在光控相控阵雷达技术中的关键应用，然而光延迟线应用在光控相控阵雷达系统中的同时，引入了相位噪声和相位漂移，使得微波信号的分配和传输受到干扰。从传输损耗、带宽以及抗电磁干扰特性方面看，光纤是传送微波信号的理想介质，然而环境温度、压力以及弯曲均会导致光纤折射率变化，积累的传输延迟变化将直接导致微波信号的相位噪声和相位漂移。实验研究表明，光纤折射率随温度的变化率约为40ps/(km×℃)，对于长度为100m的光纤，温度变化1℃相应的延迟约为4ps。压力对光纤传输相位的影响更为明显，实验研究表明，光纤折射随压强的变化率约为70ps/(km×MPa)，对于长度为100m的光纤，压强变化1MPa相应的延迟约为7ps。综上考虑，这些随机变化的附加延时对于光控相控阵雷达系统中的微波信号来讲是无法接受的，必须采用相应的相位稳定技术配合光延迟线才能实现移相微波信号的高质量传输。
目前，传统的光延迟线长度校准或者相位稳定问题的处理思路如下：在不考虑光纤非线性和非互易性的情况下，同一光纤中同向传输的信号互相之间是独立的、经历的相位扰动也是一致的。因此，通过比较基准信号与光信号的相位差，即可测得光纤的相位扰动。利用该信号反馈控制光纤的延迟即可实现光纤的长度校准或相位稳定，具体实现方式一般为非相干式。一般来说，首先将一个微波信号调制到两个光载波上(一路为传输信号，一路为基准信号)，在远端分别接收两路微波信号，用锁相环比较基准的微波信号和传输微波信号之间的相位差，获得光纤传输相位变化的信息，反馈控制光纤相位，实现相位稳定的目的。但是，传统的这种非相干方式中基准信号与传输信号的相位差是在光电转换之后的电域进行的，增加了系统的复杂度和不确定性，同时稳定精度不够高。
因此，如何在不增加系统复杂度的情况下，能够提高光子微波信号相位稳定性的精度和响应度成为本文的目标。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种基于垂直偏振态的相干光检测方案来提高光子微波信号相位稳定性。该方案基于两束相位相干的偏振光同时在光子微波链路系统中传输，其中一束为基准光，一束为传输光，通过对两束光在光纤链路末端的比较来反馈控制光子微波移相模块。
技术方案：本发明提供的提高光子微波信号相位稳定性的方法，包括对两束分别在光子微波链路系统中传输的相干偏振光进行相干检测来反馈光延时模块；其特性在于，直接在光域内进行的，避免了微波接收再调制带来的一系列问题。主要实施原理如下：激光器输出的光被偏振光分束器分为两束垂直的偏振光，其中一束被作为基准光，被移频后，再与另外一束作为传输光的经过偏振光合束器合束到一起，再经过光微波调制和光延时链路后被偏振光分束器后，基准光被法拉第旋光镜旋转偏振态后与传输光干涉，再经低速的光检测器检测出拍频信号。根据干涉原理，两干涉臂的相位差将直接反映在25MHz拍频信号的相位中，即25MHz拍频信号的相位反映了传输光纤的相位变化。将该拍频信号与25MHz的参考信号进行相位比较，即可获得传输系统相位扰动的情况，将鉴相器输出的信号处理后，作为微波光子移相器的控制信号，达到反馈控制微波信号相位的目标。
有益效果：与背景技术相比，本发明具有如下的技术效果：
1、本相干方式相位稳定技术的相位检测是直接在光域内进行的，由于光波频率非常高(在1550nm波段，193THz左右)，因此可以获得波长量级的稳定精度，从而满足X波段微波信号的传送。
2、本方案检测模块光检测器只需要一个低速的，节约了成本。
3、通过光的干涉，代替了传统相位稳定技术上的高频电信号相位检测，使可行性和系统稳定性大大提高。
附图说明
图1是本发明技术方案一的结构示意图。
图2是图1的详细器件连接图。
图3是相位稳定模块不工作的情况下系统输出相位图。
图4是相位稳定模块工作的情况下系统输出相位图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图1所示，可将微波光子移相链路系统分为四个模块：光子微波信号发生模块、光子微波信号移相模块、光子微波信号移相反馈控制模块以及光子微波移相信号接收模块，这其中(2)和(3)如图2所示是相互关联的。
一种偏振相干光干涉反馈稳定微波信号相位的系统，如图2所示，包括：分布反馈式(DFB)激光器1、偏振光分束器2、声光频移器3、25MHz信号发生器4、偏振光合束器5、RF信号发生器(10GHZ)6、马赫曾德尔调制器7、光子微波信号移相器8、偏振光分束器9、分路器(splitler)10、光环行器11、光干涉仪12、低频光接收机13、法拉第旋光镜14、鉴相器15和比例积分器16。
如图2所示，窄线宽、频率稳定的分布反馈式(DFB)激光器1输出的连续光载波被偏振光分束器2分离成TE波和TM波，其中TM波作为基准光经由25MHz的信号声光频移器(AOFS)3移频后再与作为传输光的TE波经偏振光合束器5合束到一起，经过由X波段微波信号6(以10GHz为例)驱动的单边带调制器7后，生成光强度变化频率为10GHz的单边带光载波信号。单边带调制器输出的光信号经由光子微波移相器送入偏振光分束器9(PBS)，重新被分为TE波和TM波输出，传输光TE波经3dB保偏分路器10后分为两路。其中一路作为移相信号检测输出，另外一路为Michelson干涉仪12参考臂的信号输入。PBS分离出的TM波经光环行器和法拉第旋转镜后被转化成TE波，由Michelson干涉仪另外一臂输入。Michelson干涉仪的输出光送入光电检测器13进行拍频，将该拍频信号与25MHz的参考信号通过鉴相器15进行相位比较，即可获得传输系统相位扰动的情况，最后将鉴相器输出的信号经比例积分器PID16处理后，作为微波光子移相器的控制信号，达到反馈控制微波信号相位的目标。
图3是相位稳定模块不工作的情况下系统输出相位图，可以看到在预计180°相位差输出的情况下，有大约10°左右的相位偏差。
图4是相位稳定模块工作的情况下系统输出相位图，相位误差被消除，得到了预期的180°相位差。
因此，可以看到，在通过本专利要求保护偏振光反馈控制方案后，可以有效的改善系统的相位偏差。

Claims (2)

1.一种相位稳定的光子微波信号产生方法，其特性在于：激光器输出的光被偏振光分束器分为两束垂直的偏振光，其中一束被作为基准光，另一束为传输光，基准光被移频一个中频的频率后与传输光经过偏振光合束器合束到一起，再经过光微波调制和光延时链路后经过偏振光分束器，最后基准光被法拉第旋光镜旋转偏振态后与传输光干涉，再经低速的光检测器检测出拍频信号；将该拍频信号与25MHz的参考信号进行相位比较，即可获得传输系统相位扰动的情况，将鉴相器输出的信号经过处理后，作为微波光子移相器的控制信号，达到反馈控制微波信号相位的目标。
2.一种相位稳定的光子微波信号产生系统，其特征在于包括DFB激光器(1)、偏振光分束器(2)、声光频移器(3)、25MHz信号发生器(4)、偏振光合束器(5)、RF信号发生器(6)、单边带调制器(7)、光子微波信号移相器(8)、偏振光分束器(9)、保偏耦合器(10)、光环行器(11)、光干涉仪(12)、低频光接收机(13)、法拉第旋光镜(14)、鉴相器(15)和比例积分器(16)；其中DFB激光器(1)输出的连续光载波被偏振光分束器(2)分离成TE波和TM波，其中TM波作为基准光经由25MHz的信号声光频移器(3)移频后再与作为传输光的TE波经偏振光合束器(5)合束到一起，经过由RF信号发生器(6)驱动的单边带调制器(7)后生成单边带光载波信号；单边带调制器(7)输出的光信号经由光子微波移相器送入偏振光分束器(9)，重新被分为TE波和TM波输出，传输光TE波经保偏耦合器(10)后分为两路：其中一路作为移相信号检测输出，另外一路为光干涉仪(12)参考臂的信号输入，偏振光分束器(9)分离出的TM波经光环行器和法拉第旋光镜(14)后被转化成TE波，由光干涉仪(12)另外一臂输入；光干涉仪(12)的输出光送入光电检测器13进行拍频，将该拍频信号与25MHz的参考信号通过鉴相器(15)进行相位比较，即可获得传输系统相位扰动的情况，最后将鉴相器输出的信号经比例积分器比例积分器(16)处理后，作为微波光子移相器的控制信号，达到反馈控制微波信号相位的目标。
CN201110449886.4A 2011-12-29 2011-12-29 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统 Active CN102591091B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110449886.4A CN102591091B (zh) 2011-12-29 2011-12-29 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110449886.4A CN102591091B (zh) 2011-12-29 2011-12-29 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102591091A true CN102591091A (zh) 2012-07-18
CN102591091B CN102591091B (zh) 2014-12-10

Family

ID=46479966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110449886.4A Active CN102591091B (zh) 2011-12-29 2011-12-29 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102591091B (zh)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102981344A (zh) * 2012-12-03 2013-03-20 东南大学 一种基于非线性效应的微波光子移相器
CN103676217A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 上海交通大学 高频微波光子移相器
CN104767609A (zh) * 2015-04-23 2015-07-08 山西大学 双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统及方法
CN105978631A (zh) * 2016-04-18 2016-09-28 大连理工大学 一种光子微波自干扰信号消除装置与方法
CN106452432A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 上海交通大学 基于马赫‑曾德调制器的光电鉴相锁相装置
CN106877930A (zh) * 2017-01-11 2017-06-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 高精度光纤频率传输系统
CN107104739A (zh) * 2017-04-26 2017-08-29 长春理工大学 一种超宽带数字激光锁相环装置及锁相方法
CN107134998A (zh) * 2017-04-01 2017-09-05 北京无线电计量测试研究所 一种微波频率源
CN107819516A (zh) * 2017-11-24 2018-03-20 中国电子科技集团公司第四十四研究所 多通道宽带微波光传输链路发射端稳相装置
CN108432177A (zh) * 2015-08-14 2018-08-21 诺基亚技术有限公司 具有偏振和频分多路复用的片上连续变量量子密钥分发系统
CN109286124A (zh) * 2018-09-18 2019-01-29 上海交通大学 激光线宽压缩方法及系统
CN111193548A (zh) * 2019-11-14 2020-05-22 苏州枫桥光电科技有限公司 一种基于循环移频的微波光子波形产生装置及方法
CN112018591A (zh) * 2020-08-24 2020-12-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于双频光纤干涉仪稳频激光的超稳微波产生装置
CN112260758A (zh) * 2020-11-03 2021-01-22 中航光电科技股份有限公司 一种双向同源相参微波光纤稳相传输方法
CN112332911A (zh) * 2020-11-09 2021-02-05 南京航空航天大学 一种基于微波光子技术的微波鉴相装置及锁相装置
CN113746545A (zh) * 2021-09-18 2021-12-03 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种用于光纤稳相传输设备的校准装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080170862A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-17 Vassilieva Olga I Monitoring Polarization Of A Signal Communicated According To Polarization Multiplexing
CN101478068A (zh) * 2009-01-22 2009-07-08 上海交通大学 基于偏振光干涉技术的微波信号移相方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080170862A1 (en) * 2007-01-12 2008-07-17 Vassilieva Olga I Monitoring Polarization Of A Signal Communicated According To Polarization Multiplexing
CN101478068A (zh) * 2009-01-22 2009-07-08 上海交通大学 基于偏振光干涉技术的微波信号移相方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
L.A. BUI ET AL: "Wideband RF photonic vector sum phase-shifter", 《ELECTRONICS LETTERS》 *

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102981344B (zh) * 2012-12-03 2015-12-09 东南大学 一种基于非线性效应的微波光子移相器
CN102981344A (zh) * 2012-12-03 2013-03-20 东南大学 一种基于非线性效应的微波光子移相器
CN103676217A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 上海交通大学 高频微波光子移相器
CN104767609B (zh) * 2015-04-23 2017-12-05 山西大学 双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统
CN104767609A (zh) * 2015-04-23 2015-07-08 山西大学 双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统及方法
CN108432177A (zh) * 2015-08-14 2018-08-21 诺基亚技术有限公司 具有偏振和频分多路复用的片上连续变量量子密钥分发系统
CN105978631A (zh) * 2016-04-18 2016-09-28 大连理工大学 一种光子微波自干扰信号消除装置与方法
CN105978631B (zh) * 2016-04-18 2018-04-10 大连理工大学 一种光子微波自干扰信号消除装置与方法
CN106452432A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 上海交通大学 基于马赫‑曾德调制器的光电鉴相锁相装置
CN106877930A (zh) * 2017-01-11 2017-06-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 高精度光纤频率传输系统
CN106877930B (zh) * 2017-01-11 2019-02-26 中国科学院上海光学精密机械研究所 高精度光纤频率传输系统
CN107134998A (zh) * 2017-04-01 2017-09-05 北京无线电计量测试研究所 一种微波频率源
CN107104739A (zh) * 2017-04-26 2017-08-29 长春理工大学 一种超宽带数字激光锁相环装置及锁相方法
CN107819516A (zh) * 2017-11-24 2018-03-20 中国电子科技集团公司第四十四研究所 多通道宽带微波光传输链路发射端稳相装置
CN109286124A (zh) * 2018-09-18 2019-01-29 上海交通大学 激光线宽压缩方法及系统
CN111193548A (zh) * 2019-11-14 2020-05-22 苏州枫桥光电科技有限公司 一种基于循环移频的微波光子波形产生装置及方法
CN112018591A (zh) * 2020-08-24 2020-12-01 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于双频光纤干涉仪稳频激光的超稳微波产生装置
CN112018591B (zh) * 2020-08-24 2021-09-07 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于双频光纤干涉仪稳频激光的超稳微波产生装置
CN112260758A (zh) * 2020-11-03 2021-01-22 中航光电科技股份有限公司 一种双向同源相参微波光纤稳相传输方法
CN112260758B (zh) * 2020-11-03 2021-10-15 中航光电科技股份有限公司 一种双向同源相参微波光纤稳相传输方法
CN112332911A (zh) * 2020-11-09 2021-02-05 南京航空航天大学 一种基于微波光子技术的微波鉴相装置及锁相装置
CN113746545A (zh) * 2021-09-18 2021-12-03 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种用于光纤稳相传输设备的校准装置
CN113746545B (zh) * 2021-09-18 2023-06-20 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种用于光纤稳相传输设备的校准装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102591091B (zh) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102591091B (zh) 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统
CN102638302B (zh) 基于相干光频率梳的信道化宽带多频测量系统
EP3064956B1 (en) Fully optically controlled phased array radar transmitter
CN102546007A (zh) 利用布里渊散射实现多频微波信号频率测量的装置及方法
CN109104247B (zh) 基于微波光子链路的宽带信号稳相传输系统
CN104065416A (zh) 基于微波移相器的微波信号光纤稳相传输系统
US8977137B2 (en) Polarization dependent loss compensation
CN104764592A (zh) 一种电光强度调制器啁啾参数的测量方法
CN104363047A (zh) 基于双通道马赫曾德尔调制器的光矢量网络分析仪系统
CN109104245B (zh) 多通道无杂散宽频带非合作信号稳相传输系统
CN104618024A (zh) 一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置
KR19990037660A (ko) 분산의 보상
CN104283616A (zh) 基于光真延时的对射频信号整形的系统和方法
Cui et al. Passive-compensation-based stable rf phase dissemination for multiaccess trunk fiber link with anti-gvd and anti-backscattering function
CN110138448B (zh) 一种长距离单路光纤双向传输的故障监测系统和方法
CN103676217A (zh) 高频微波光子移相器
Hu et al. Stable radio frequency transmission of single optical source over fiber based on passive phase compensation
Tang et al. Photonics-assisted joint radar detection and frequency measurement system
Du et al. Transmission of dual-chirp microwave signal over fiber with suppression chromatic-dispersion-induced power-fading based on stimulated Brillouin scattering
JPWO2016174719A1 (ja) ダミー光生成装置、光伝送装置およびダミー光生成方法
US8861983B2 (en) Analog radio frequency transport over optical media using continuous optical phase modulation and noncoherent detection
Nagatsuma et al. 30-Gbit/s wireless transmission over 10 meters at 300 GHz
US8270844B2 (en) Low jitter RF distribution system
JP6100656B2 (ja) 電気光変換装置
Esmail et al. K-band centralized cost-effective all-optical sensing signal distribution network

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant