CN103152105A - 一种基于单边带调制和循环移频的扫频源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于单边带调制和循环移频的扫频源，包括：激光源(1)，用于产生连续的光信号；光开关(2)，用于将来自激光源(1)的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号；第一耦合器(3)，用于将来自光开关(2)和第二耦合器(5)的光信号合为一路；复杂调制器(4)，被频率和振幅相同、相位差为π/2的两路微波信号驱动，用于使来自第一耦合器(3)的光信号的频率发生移频，移频的方向由复杂调制器(4)的偏置状态决定；和第二耦合器(5)，用于将来自复杂调制器(4)的光信号分为两路光信号，其中一路光信号输入第一耦合器(3)，另一路光信号输出供使用。所述扫频源的频率切换速度较快，输出功率稳定，扫频调节的速度、稳定度和精度都较高，移频范围大。

Description

一种基于单边带调制和循环移频的扫频源

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种基于单边带调制和循环移频的扫频源。

背景技术

随着光电子技术的迅速发展，光信号的传输速度快和大带宽的优点逐渐得到技术人员和用户的青睐。在高速信号捕获系统和光学扫描成像系统中，经常需要输出的光信号的波长随时间均匀变化的扫频源。

现有技术中，扫频源主要通过调节激光器的谐振条件来控制其输出的光信号的波长，例如通过调节激光器的谐振腔长度或者在谐振腔中添加可调滤波器等方式来控制其输出的光信号的波长。

现有技术的扫频源存在如下几个方面的问题：

第一，激光器在特定波长建立稳定的振荡通常需要一定的时间，通过调整激光器的谐振条件来改变输出的光信号的波长将受到激光器建立振荡时间的限制，因此很难实现快速的频率切换和稳定功率的光信号输出；

第二，采用机械方式调节激光器的谐振条件，因此扫频调节的速度、稳定度和精度都受到限制；

第三，移频范围小，受激光器的工作波长的调谐范围的限制，通常只能覆盖一个波段，例如C波段或L波段。

目前，非常需要一种频率切换速度快、移频范围大，输出功率稳定且扫频调节的速度、稳定度和精度都较高的扫频源。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单边带调制和循环移频的扫频源。

本发明提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源包括：

激光源，用于产生连续的光信号；

光开关，用于将来自激光源的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号；

第一耦合器，用于将来自光开关和第二耦合器的光信号合为一路；

复杂调制器，被频率和振幅相同、相位差为π/2的两路微波信号驱动，用于使来自第一耦合器的光信号的频率发生移频，移频的方向由复杂调制器的偏置状态决定；和

第二耦合器，用于将来自复杂调制器的光信号分为两路光信号，其中一路光信号输入第一耦合器，另一路光信号输出供使用。

优选地，所述扫频源还包括连接于所述第一耦合器和所述第二耦合器之间的光放大器和/或带通滤波器；所述光放大器用于向来自所述第二耦合器的光信号补充其在传输过程中的损耗；所述带通滤波器用于控制扫频的范围，并用于当光信号的频率超出带通滤波器的带宽时结束移频。

优选地，所述扫频源还包括连接于所述第一耦合器和所述复杂调制器之间的偏振控制器，用于调整来自所述第一耦合器的光信号的偏振态，以使所述复杂调制器的调制效率最大。

优选地，所述扫频源进一步包括：微波振荡器，用于产生微波信号；和微波移相器，用于将来自所述微波振荡器的微波信号分为两路微波信号，且该两路微波信号的频率和振幅相同、相位差为π/2；所述微波振荡器通过光纤依次与所述微波移相器和所述复杂调制器连接。

优选地，所述复杂调制器包括两个马赫曾德调制器。

本发明具有如下有益效果：

(1)与现有技术的扫频源相比，本发明的扫频源的频率切换速度较快，输出功率稳定；

(2)与现有技术的扫频源相比，本发明的扫频源的扫频调节的速度、稳定度和精度都较高；

(3)与现有技术的扫频源相比，本发明的扫频源的移频范围大，能够在全波长范围内工作；

(4)本发明的扫频源的移频步长和扫频的范围都可控，适用于高速信号捕获系统和光学扫描成像系统。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源的示意图；

图2为本发明实施例2提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源的示意图；

图3为本发明实施例3提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的发明内容作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源包括激光源1、光开关2、第一耦合器3、复杂调制器4和第二耦合器5，如图1所示。激光源1通过光纤依次与光开关2、第一耦合器3、复杂调制器4和第二耦合器5连接。第二耦合器5有两个输出端。第二耦合器5的第一输出端通过光纤与第一耦合器3连接，使得第一耦合器3、复杂调制器4和第二耦合器5构成一个循环回路。第二耦合器5的第二输出端作为所述扫频源的输出端与外部器件连接。在本实施例中，复杂调制器4包括两个马赫曾德调制器(图中未示出)。

激光源1用于产生连续的光信号并将其发送给光开关2。光开关2用于将来自激光源1的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号。脉冲光信号的脉宽W_p由循环回路的长度L决定，二者满足如下关系式：

W_p·v_c≤L              公式(1)

公式(1)中v_c为光信号在光纤中的传输速度，其数值约为2×10⁸m/s。

第一耦合器3用于将来自光开关2和第二耦合器5的光信号合为一路并将其发送给复杂调制器4。复杂调制器4被频率和振幅相同、相位差为π/2的两路微波信号驱动，该两路微波信号例如为第一路微波信号I和第二路微波信号Q。复杂调制器4用于使来自第一耦合器3的光信号的频率发生移频，即将来自第一耦合器3的光信号的频率升高或降低，且移频的步长等于微波信号的频率，移频的方向即频率是升高还是降低由复杂调制器4的偏置状态决定。光信号每经过一次复杂调制器4，光信号的频率就发生一次移频。复杂调制器4还用于将移频后的光信号发送给第二耦合器5。第二耦合器5用于将来自复杂调制器4的光信号分为两路光信号，其中一路光信号经第二耦合器5的第一输出端发送给第一耦合器3，另一路光信号经第二耦合器5的第二输出端即所述扫频源的输出端输出供使用。

实施例2

本实施例提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源包括激光源1、光开关2、第一耦合器3、复杂调制器4、第二耦合器5、光放大器6和带通滤波器7，如图2所示。激光源1通过光纤依次与光开关2、第一耦合器3、复杂调制器4和第二耦合器5连接。第二耦合器5有两个输出端。第二耦合器5的第一输出端通过光纤依次与光放大器6、带通滤波器7和第一耦合器3连接，使得第一耦合器3、复杂调制器4、第二耦合器5、光放大器6和带通滤波器7构成一个循环回路。第二耦合器5的第二输出端作为所述扫频源的输出端与外部器件连接。在本实施例中，复杂调制器4包括两个马赫曾德调制器(图中未示出)。

激光源1用于产生连续的光信号并将其发送给光开关2。光开关2用于将来自激光源1的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号。脉冲光信号的脉宽W_p由循环回路的长度L决定，二者满足实施例1中的公式(1)。第一耦合器3用于将来自光开关2和带通滤波器7的光信号合为一路并将其发送给复杂调制器4。复杂调制器4被频率和振幅相同、相位差为π/2的两路微波信号驱动，该两路微波信号例如为第一路微波信号I和第二路微波信号Q。复杂调制器4用于使来自第一耦合器3的光信号的频率发生移频，即将来自第一耦合器3的光信号的频率升高或降低，且移频的步长等于微波信号的频率，移频的方向即频率是升高还是降低由复杂调制器4的偏置状态决定。光信号每经过一次复杂调制器4，光信号的频率就发生一次移频。复杂调制器4还用于将移频后的光信号发送给第二耦合器5。第二耦合器5用于将来自复杂调制器4的光信号分为两路光信号，其中一路光信号经第二耦合器5的第一输出端发送给光放大器6，另一路光信号经第二耦合器5的第二输出端即所述扫频源的输出端输出供使用。光放大器6用于向来自第二耦合器5的光信号补充其在传输过程中的损耗，并将补充损耗后的光信号发送给带通滤波器7。带通滤波器7用于控制扫频的范围，并用于当光信号的频率超出带通滤波器7的带宽时结束移频。

微波信号的频率f_m、带通滤波器7的带宽BW_bpf和脉冲光信号的脉宽W_p满足如下关系式：

$T\≥\frac{{\mathrm{BW}}_{\mathrm{bpf}}}{f_m}\·W_p$ 公式(2)

公式(2)中T为循环回路中光信号的周期。

实施例3

本实施例提供的基于单边带调制和循环移频的扫频源包括激光源1、光开关2、第一耦合器3、复杂调制器4、第二耦合器5、光放大器6、带通滤波器7、微波振荡器8、微波移相器9和偏振控制器10，如图3所示。激光源1通过光纤依次与光开关2、第一耦合器3、偏振控制器10、复杂调制器4和第二耦合器5连接。第二耦合器5有两个输出端。第二耦合器5的第一输出端通过光纤依次与光放大器6、带通滤波器7和第一耦合器3连接，使得第一耦合器3、偏振控制器10、复杂调制器4、第二耦合器5、光放大器6和带通滤波器7构成一个循环回路。第二耦合器5的第二输出端作为所述扫频源的输出端与外部器件连接。微波振荡器8通过光纤依次与微波移相器9和复杂调制器4连接。在本实施例中，复杂调制器4包括两个马赫曾德调制器(图中未示出)。

激光源1用于产生连续的光信号并将其发送给光开关2。光开关2用于将来自激光源1的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号。在本实施例中，光开关2用于响应来自用户的控制信号将来自激光源1的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号。脉冲光信号的脉宽W_p由循环回路的长度L决定，二者满足实施例1中的公式(1)。

第一耦合器3用于将来自光开关2和带通滤波器7的光信号合为一路并将其发送给偏振控制器10。偏振控制器10用于调整来自第一耦合器3的光信号的偏振态，并将调整偏振态后的光信号发送给复杂调制器4，以使复杂调制器4的调制效率最大。复杂调制器4被频率和振幅相同、相位差为π/2的两路微波信号驱动，该两路微波信号例如为第一路微波信号I和第二路微波信号Q。复杂调制器4用于使来自偏振控制器10的光信号的频率发生移频，即将来自偏振控制器10的光信号的频率升高或降低，且移频的步长等于微波信号的频率，移频的方向即频率是升高还是降低由复杂调制器4的偏置状态决定。光信号每经过一次复杂调制器4，光信号的频率就发生一次移频。复杂调制器4还用于将移频后的光信号发送给第二耦合器5。第二耦合器5用于将来自复杂调制器4的光信号分为两路光信号，其中一路光信号经第二耦合器5的第一输出端发送给光放大器6，另一路光信号经第二耦合器5的第二输出端即所述扫频源的输出端输出供使用。光放大器6用于向来自第二耦合器5的光信号补充其在传输过程中的损耗，并将补充损耗后的光信号发送给带通滤波器7。带通滤波器7用于控制扫频的范围，并用于当光信号的频率超出带通滤波器7的带宽时结束移频。

微波信号的频率f_m、带通滤波器的带宽BW_bpf和脉冲光信号的脉宽W_p满足实施例2中的公式(2)。

微波振荡器8用于产生微波信号并将其发送给微波移相器9。微波移相器9用于将来自微波振荡器8的微波信号分为两路微波信号即第一路微波信号I和第二路微波信号Q，并将其发送给复杂调制器4。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，该扫频源包括：

激光源(1)，用于产生连续的光信号；

光开关(2)，用于将来自激光源(1)的连续的光信号转换为周期性的脉冲光信号；

第一耦合器(3)，用于将来自光开关(2)和第二耦合器(5)的光信号合为一路；

复杂调制器(4)，被频率和振幅相同、相位差为π/2的两路微波信号驱动，用于使来自第一耦合器(3)的光信号的频率发生移频，移频的方向由复杂调制器(4)的偏置状态决定；和

第二耦合器(5)，用于将来自复杂调制器(4)的光信号分为两路光信号，其中一路光信号输入第一耦合器(3)，另一路光信号输出供使用。

2.根据权利要求1所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述扫频源还包括连接于所述第一耦合器(3)和所述第二耦合器(5)之间的光放大器(6)和/或带通滤波器(7)；所述光放大器(6)用于向来自所述第二耦合器(5)的光信号补充其在传输过程中的损耗；所述带通滤波器(7)用于控制扫频的范围，并用于当光信号的频率超出带通滤波器的带宽时结束移频。

3.根据权利要求1或2所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述扫频源还包括连接于所述第一耦合器(3)和所述复杂调制器(4)之间的偏振控制器(10)，用于调整来自所述第一耦合器(3)的光信号的偏振态，以使所述复杂调制器(4)的调制效率最大。

4.根据权利要求3所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述复杂调制器(4)包括两个马赫曾德调制器。

5.根据权利要求3所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述扫频源进一步包括：

微波振荡器(8)，用于产生微波信号；和

微波移相器(9)，用于将来自所述微波振荡器(8)的微波信号分为两路微波信号，且该两路微波信号的频率和振幅相同、相位差为π/2；

所述微波振荡器(8)通过光纤依次与所述微波移相器(9)和所述复杂调制器(4)连接。

6.根据权利要求5所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述复杂调制器(4)包括两个马赫曾德调制器。

7.根据权利要求1或2所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述扫频源进一步包括：

微波振荡器(8)，用于产生微波信号；和

微波移相器(9)，用于将来自所述微波振荡器(8)的微波信号分为两路微波信号，且该两路微波信号的频率和振幅相同、相位差为π/2；

所述微波振荡器(8)通过光纤依次与所述微波移相器(9)和所述复杂调制器(4)连接。

8.根据权利要求7所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述复杂调制器(4)包括两个马赫曾德调制器。

9.根据权利要求1或2所述的基于单边带调制和循环移频的扫频源，其特征在于，所述复杂调制器(4)包括两个马赫曾德调制器。

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