CN102856778A

CN102856778A - 产生多带宽高频可调谐微波信号的装置与方法

Info

Publication number: CN102856778A
Application number: CN2012103419501A
Authority: CN
Inventors: 王如刚; 陈荣; 陈益飞
Original assignee: Yangcheng Institute of Technology
Current assignee: Zhejiang Yi net science and Technology Information Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-09-17
Also published as: CN102856778B

Abstract

产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，包括激光器（100）、耦合器（101）、移频单元（102）、光纤放大器（107）、第三耦合器（115）、光电探测器（116）、布里渊环形腔激光单元（108），激光器单元产生的激光经耦合器分成两束光，其中一路光作为泵浦光，进入到移频单元，布里渊环形腔激光单元包括第二环形器、偏振控制器、第二耦合器、光纤单元和温度或应力控制器单元；由光纤放大器输出的光接入第二环形器的第一个端口，在布里渊散射信号的传输方向上增加了光隔离器，布里渊散射信号通过第二耦合器的一个分臂输出，输出的布里渊信号与耦合器输出的本振光在第三耦合器上耦合，通过光电探测器转换为微波信号输出。

Description

产生多带宽高频可调谐微波信号的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种产生多带宽高频可调谐微波信号的装置与方法，主要应用于无线传感网、光纤通信及微波光子学等技术领域。

背景技术

随着信息技术的迅速发展，数据业务呈爆炸式增长，在此过程中，需要产生、传输、交换和获取大量的高速信息，因此，对带宽的要求随之增加。目前，基于数字电子的技术已经逼近电子器件的处理极限，进一步提高设备处理速度的难度越来越大。电子技术的发展速度已经远远赶不上信息容量的急速增长，出现了带宽的限制和交换系统的电子瓶颈等问题，因此，提出了建立全光信息系统的要求。光学技术在高速信号的产生等方面显示出电子技术无法比拟的优势，充分利用光学技术的带宽优势实现高速全光信息技术就显得非常重要。微波光子学技术将射频技术的可移动性和光纤技术的大带宽、低损耗和小体积等优点有机地结合起来，有效地解决电子瓶颈的限制。因此，高质量的可调微波信号在雷达、传感和无线通信等领域有着广阔的应用前景。在光纤系统中，传输的微波信号会受到光纤色散等因素的影响而发生畸变和失真，且微波频率越高受到的影响越大。目前获得微波信号的产生主要集中在微波移频调制的方法和光外差的方法上。在微波移频调制的方法中，必须使用高速调制器等，限制了高频微波信号的产生，而且价格很昂贵。如高士明等提出的发明专利，授权号：CN20081006124.7，采用微波源和电光调制器的方法获得了11GHz的微波信号。有的学者提出了通过布里渊散射，结合光外差法获得微波信号的方案，如傅娇娇等提出的发明专利，授权号：CN200910155858.4，采用布里渊散射与泵浦光的差频获得微波信号。但是，产生微波信号的可调谐范围较小，限制其在雷达等领域的应用，且系统比较复杂，增加了系统的成本。

发明内容

本发明目的是：克服现有技术的以上缺点，为了获得高频宽带可调谐的微波信号等问题，本发明提供一种产生多带宽高频可调谐微波信号的装置与方法，提出的装置与方法不仅能够产生高频微波信号，而且能够获得多带宽可调谐的微波信号源。

本发明的目的是这样实现的：产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，包括激光器单元100、耦合器101、移频单元102、光纤放大器107、第三耦合器115、光电探测器116、布里渊环形腔激光单元108，移频单元102包括环形器103、可调衰减器104、光纤105；激光器单元产生的激光经耦合器101分成两束光，其中一路光作为泵浦光，进入到移频单元102，在移频单元102中，泵浦光首先进入环形器103的第一个端口，从环形器103的第二个端口进入到可调衰减器104，该光在光纤105中产生背向散射光，背向散射光经环形器103的第三个端口进入到可调衰减器104，其输出光作为光放大器106的输入光，被放大器的光作为布里渊环形腔激光器108的泵浦光；布里渊环形腔激光单元108包括第二环形器109、偏振控制器114、第二耦合器113、隔离器112、光纤单元110和温度或应力控制器单元111；由光纤放大器107输出的光接入第二环形器109的第一个端口，从第二环形器109的第二个端口进入到环形腔中，在光纤110中产生布里渊散射，通过第二环形器109的第三个端口输出，逆时针方向在第二环形器109环形腔中传输，并在布里渊散射信号的传输方向上增加了光隔离器112，布里渊散射信号通过第二耦合器113的一个分臂输出，输出的布里渊信号与耦合器101输出的本振光在第三耦合器115上耦合，通过光电探测器116转换为微波信号输出。因光纤单元110受温度控制器或应力控制器单元110控制。

激光器单元100，其输出的光被耦合器101分为两束，其中一束光进入到移频单元102，从102单元输出的背向散射信号经光纤放大器单元107放大后作为布里渊环形腔激光器单元108的泵浦光，为了控制光放大器单元107的输入光功率，在移频单元102与107之间增加了光衰减器106，从布里渊激光器单元108输出的光信号与本振光经耦合器115耦合进入到光电探测器116。另一束光直接进入耦合器115。

所述的移频单元102是由环形器103、可调光衰减器104和光纤105组成；该移频单元是一级或多级移频单元。所述移频单元102中的可调衰减器104，通过调节其损耗值可以分别获得瑞利散射和受激布里渊散射信号，也可以通过控制激光器100的功率控制移频单元102产生瑞利散射和受激布里渊散射信号输出。

产生多带宽高频可调谐微波信号的装置与方法，通过调节可调光衰减器104的损耗，改变光纤105中的泵浦光功率，当衰减器104的损耗较低，则泵浦光功率较高，产生的背向散射信号中受激布里渊占主要，布里渊激光器单元108的泵浦光频率即为f-v_B1，在布里渊激光器单元108中产生的光频率为f-v_B1-v_B2，经过与耦合器101分出的本振光差频后进入到光电探测器116中，输出微波信号的率为v_B1+v_B2。

通过调节可调光衰减器单元104的损耗，改变光纤105中的泵浦光功率，当衰减器104的损耗较高，则泵浦光功率较低，产生的背向散射信号中瑞利散射信号占主要，布里渊激光器单元108的泵浦光为瑞利散射光，其频率为f，在布里渊激光器单元108中产生的光频率为f-v_B2，经过与耦合器101分出的本振光差频后进入到光电探测器116中，输出微波信号的频率为v_B2。

所述布里渊环形腔激光器单元108为单频布里渊激光器，也可以是其它结构的布里渊激光器单元。

所述微波信号的可调谐性，通过调节激光器单元100的泵浦波长来获得可调谐的微波信号。

所述微波信号的可调谐性，通过改变布里渊环形腔激光器单元110中增益光纤的布里渊频移获得可调谐的微波信号；改变增益光纤的布里渊频移可以是温度控制器，也可以是应力控制装置；温度或应力控制装置可以是单个也可以是多个装置组成。

所述光纤105和光纤110都可以是单模光纤，也可以是其它光纤等中的一种。

所述光电探测单元116可以是平衡探测器，也可以是其它种类的光电探测器。

所述布里渊环形腔激光器单元108中，光纤110受温度控制器控制其布里渊频移的大小，也可以是应力控制器控制其布里渊频移的大小。

通过调节可调光衰减器（104）的损耗，改变光纤（105）中的泵浦光功率，当衰减器的损耗较低，则泵浦光功率较高，产生的背向散射信号中受激布里渊占主要，布里渊激光器单元的泵浦光频率即为f-v_B1，其中v_B1为光纤105的布里渊频移，在布里渊激光器单元中产生的光频率为f-v_B1-v_B2，其中v_B2为光纤的布里渊频移，经过与耦合器（101）分出的本振光差频后进入到光电探测器（116）中，输出微波信号的率为v_B1+v_B2。

通过调节可调光衰减器单元的损耗，改变光纤中的泵浦光功率，当衰减器的损耗较高，则泵浦光功率较低，产生的背向散射信号中瑞利散射信号占主要，布里渊激光器单元108的泵浦光为瑞利散射光，其频率为f，在布里渊激光器单元中产生的光频率为f-v_B2，经过与耦合器分出的本振光差频后进入到光电探测器中，输出微波信号的频率为v_B2。

为了控制布里渊散射信号的质量，在布里渊散射信号的传输方向上增加了光隔离器112。

1、本发明采用移频单元结构，通过控制泵浦光的功率调节后端布里渊激光器的泵浦波长，可以获得多带宽的微波信号源。

2、利用环形腔结构的布里渊激光器，可以获得单频布里渊激光器，得到稳定的微波信号。

3、通过控制环形腔激光器中增益光纤的布里渊频移，获得可调谐的微波信号源。控制增益光纤的布里渊频移装置可以是温度控制器，也可以是应力控制器。

本发明的有益效果是：本发明提出的一种多带宽高频可调谐微波信号的装置与方法，通过控制泵浦光的功率，可以获得多宽带的高频微波信号；本发明通过设计出简单的布里渊环形腔激光器，并通过控制其增益光纤的布里渊频移，获得可调谐的微波信号源。并且通过第三耦合器和第二耦合器耦合度的选择获得稳定的微波信号。本发明通过调节可调谐衰减器的损耗、激光器的波长和温度控制器（或压力控制器）的温度来调节输出微波信号的频率。反过来应用温度控制器（或压力控制器）；本发明设计出的微波信号的装置与方法不仅能够产生高频微波信号，而且能够获得多带宽可调谐微波信号；在本发明中不需要电子器件，大大降低了电磁干扰等，且具有成本低廉、结构简单的优点。

附图说明

图1是本发明的多带宽高频微波信号源结构示意图。

图2是本发明实施例一的结构示意图。

图3是本发明实施例二的结构示意图。

图4是本发明实施例获得的低频微波信号频谱。

图5是本发明实施例获得的高频微波信号频谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明和描述。

实施例一：本实施例提供一种多带宽高频可调谐微波信号源的装置及方法。如图1所示，本实施例包括激光器100，其输出的光被耦合器101(95∶5)分为两束，其中95％的光进入到移频单元102，从102单元输出的背向散射信号经掺饵光纤放大器单元107放大后作为布里渊环形腔激光器单元108的泵浦光，为了控制光放大器单元107的输入光功率，在移频单元102与107之间增加了光衰减器106，从布里渊激光器单元108输出的光信号与本振光经耦合器115(50∶50)耦合进入到平衡光电探测器116。移频单元102包括环形器103、可调光衰减器104和普通单模光纤单元105。从耦合器101分出的5％的光进入环形器103的第一个端口，从环形器的第二个端口接到可调衰减器104，可调衰减器输出的光进入到普通单模光纤105中，该光在光纤105中产生的背向散射光经环形器103的第三个端口进入到可调光衰减器106，可调衰减器106输出的光作为光放大器单元107的输入光，放大后的输出光作为布里渊激光器单元108的泵浦光。布里渊环形腔激光器单元108包括环形器109、偏振控制器114、耦合器113(80∶20)、隔离器112、光纤110和温度控制器单元111组成。由掺饵光纤放大器107输出的光，进入到环形器109的第一个端口，从环形器的第二个端口进入到光纤单元110，普通单模光纤单元110受温度控制器单元111控制，入射光在光纤110中产生背向布里渊散射光，通过环形器115的第三个端口输出，逆时针方向在环形腔中传输，为了控制布里渊散射信号的质量，在布里渊散射信号的传输方向上增加了光隔离器112，布里渊激光通过耦合器113的一个分臂输出。输出的布里渊激光与耦合器101输出的本振光在耦合器115(50∶50)上耦合，通过光电探测器116转换为微波信号输出，输出信号经安捷伦频谱分析仪进行测量分析。

实施例二：本实施例提供一种多带宽高频可调谐微波信号源的装置及方法。如图2所示，本实施例包激光光源200，耦合器201，移频单元202，可调谐衰减器206，掺饵光纤放大器207，布里渊激光器单元208，耦合器215，光电探测器206。环形器203、可调衰减器204，可调衰减器输出的光进入到普通单模光纤205中。环形器209、偏振控制器214、耦合器213(80∶20)、隔离器212、光纤210和应力控制器211；环形器215，第二耦合器215(50∶50)上耦合，通过光电探测器216。

与图1结构的多带宽高频可调谐微波信号源的装置及方法相比，不同之处在于：布里渊环形腔激光器单元208中控制增益光纤210布里渊频移单元211是应力控制器。

实施例三：本实施例提供一种多带宽高频可调谐微波信号源的装置及方法，如图3所示，与图1结构的多带宽高频可调谐微波信号源的装置及方法相比，不同之处在于：移频单元部分是由多个移频单元302和308等组成，或者更多的移频单元组成，这样可以获得更高频的可调谐微波信号源。

虽然本发明通过具体实施例进行了描述，但具体实施例和附图并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，所附的权利要求已包括这些变形和改进。

Claims

1.产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征是包括激光器单元（100）、耦合器（101）、移频单元（102）、光纤放大器（107）、第三耦合器（115）、光电探测器（116）、布里渊环形腔激光单元（108），移频单元（102）包括环形器（103）、可调衰减器（104）、光纤（105）；激光器单元产生的激光经耦合器（101）分成两束光，其中一路光作为泵浦光，进入到移频单元（102），在移频单元（102）中，泵浦光首先进入环形器（103）的第一个端口，从环形器（103）的第二个端口进入到可调衰减器（104），该光在光纤（105）中产生背向散射光，背向散射光经环形器（103）的第三个端口进入到可调衰减器（104），其输出光作为光放大器（106）的输入光，被放大器的光作为布里渊环形腔激光器（108）的泵浦光；布里渊环形腔激光单元108包括第二环形器（109）、偏振控制器（114）、第二耦合器（113）、光隔离器（112）、光纤单元（110）和温度或应力控制器单元（111）；由光纤放大器（107）输出的光接入第二环形器（109）的第一个端口，从第二环形器（109）的第二个端口进入到环形腔中，在光纤（110）中产生布里渊散射，通过第二环形器的第三个端口输出，逆时针方向在第二环形器环形腔中传输，并在布里渊散射信号的传输方向上增加了光隔离器（112），布里渊散射信号通过第二耦合器（113）的一个分臂输出，输出的布里渊信号与耦合器（101）输出的本振光在第三耦合器（115）上耦合，通过光电探测器116转换为微波信号输出。

2.根据权利要求1所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征在于：激光器单元100，其输出的光被耦合器（101）分为两束，其中一束光进入到移频单元（102），从移频单元输出的背向散射信号经光纤放大器单元（107）放大后作为布里渊环形腔激光器单元（108）的泵浦光，为了控制光放大器单元（107）的输入光功率，在移频单元与（107）之间增加了光衰减器（106），从布里渊激光器单元（108）输出的光信号与本振光经第三耦合器（115）耦合进入到光电探测器（116）；另一束光直接进入第三耦合器（115）。

3.根据权利要求1所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征在于：所述的移频单元（102）是包括环形器（103）、可调光衰减器（104）和光纤（105）组成；该移频单元是一级或多级移频单元。

4.根据权利要求1或3所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征在于：所述移频单元中的可调衰减器（104），通过调节其损耗值可以分别获得瑞利散射和受激布里渊散射信号，或通过控制激光器（100）的功率控制移频单元（102）产生瑞利散射和受激布里渊散射信号输出。

5.根据权利要求1所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征在于：所述布里渊环形腔激光器单元为单频布里渊激光器，或是其它结构的布里渊激光器单元。

6.根据权利要求1所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征在于：所述光纤和光纤单元都是单模光纤，所述光电探测单元是平衡探测器或其它种类的光电探测器。

7.根据权利要求1所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的装置，其特征在于：所述微波信号的可调谐性，通过调节激光器单元（100）的泵浦波长来获得可调谐的微波信号。

8.根据权利要求1-7之一产生所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的方法，其特征是通过改变布里渊环形腔激光器单元（110）中增益光纤的布里渊频移获得可调谐的微波信号；改变增益光纤的布里渊频移是温度控制器或应力控制装置；温度或应力控制装置可以是单个或是多个装置组成；第三耦合器（115）为(50∶50)耦合器，第二耦合器（113）为80∶20耦合器。

9.根据权利要求8所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的方法，其特征是通过调节可调光衰减器（104）的损耗，改变光纤（105）中的泵浦光功率，当衰减器的损耗较低，则泵浦光功率较高，产生的背向散射信号中受激布里渊占主要，布里渊激光器单元的泵浦光频率即为f-v_B1，其中v_B1为光纤105的布里渊频移，在布里渊激光器单元中产生的光频率为f-v_B1-v_B2，其中v_B2为光纤的布里渊频移，经过与耦合器（101）分出的本振光差频后进入到光电探测器（116）中，输出微波信号的率为v_B1+v_B2。

10.根据权利要求8所述的产生多带宽高频可调谐微波信号的方法，其特征是通过调节可调光衰减器单元的损耗，改变光纤中的泵浦光功率，当衰减器的损耗较高，则泵浦光功率较低，产生的背向散射信号中瑞利散射信号占主要，布里渊激光器单元108的泵浦光为瑞利散射光，其频率为f，在布里渊激光器单元中产生的光频率为f-v_B2，经过与耦合器分出的本振光差频后进入到光电探测器中，输出微波信号的频率为v_B2。