CN103346840A - 一种产生多倍频低噪声微波信号的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生多倍频低噪声微波信号的装置。该装置包括：调谐激光器，其用于输出可调谐激光，该可调谐激光的一部分注入至直调激光器；直调激光器，其为被注入锁定的从激光器，并且其在低频微波信号的调制下产生上下边带光；稳定微波源，其用于向直调激光器输出低频微波信号；第一耦合器，其用于将所述可调谐激光的另一部分和所述上下边带光耦合后输出至探测器；探测器，其用于将输入其的可调谐激光和所述上下边带光进行光电转换以转换成高频的微波信号。上述方案通过光注入，使直调从激光器光源与可调谐激光器光源相位相关。稳定微波源调谐直调从激光器产生稳定上下边带，产生三倍于微波信号的稳定倍频微波信号。

Description

一种产生多倍频低噪声微波信号的装置
技术领域
本发明涉及光生微波技术领域，尤其涉及一种产生多倍频低噪声微波信号的装置。
背景技术
随着卫星通信、雷达、光载无线通信(RoF)系统以及无线光网络的发展，一种低噪声的覆盖范围广的微波源需求越来越迫切。尤其是近年来光载通信系统的飞速发展，急需要一个频率稳定的光生微波源，该稳定微波源主要用来做载波传输信号。电缆中的高频微波信号传输过程损耗很大，无法长距离传输。而光纤传输的损耗相对很低，0.2dB/km，而且具有较强的抗电磁干扰能力，因此，利用光纤传输微波源是理想的光载无线通信解决方案之一。
如何产生高频低噪声的微波信号成为当前研究的一大热点。传统产生微波信号的方法是利用两个独立的单模激光器发出的光通过光耦合器耦合到光电探测器中，光电探测器对这两束光进行光电转换后产生一电信号，该微波信号的频率为两个独立激光器的波长差。这种方法产生的微波信号原理简单，但是产生的微波信号及其不稳定，而且相位噪声很大，这是由于两个独立的激光器间的波长变化不是同步的，这种独立的变化主要是由两个激光器波长随温度以及驱动电流的变化不同引起的。
当前，产生低噪声的微波信号主要有以下几种技术：
光注入锁定技术，通过注入锁定实现两个激光器的位相差锁定，从而降低产生的电信号的相位噪声。
光相位锁相环技术，通过光锁相环可以使两个激光器原本随机的相位差锁定，从而降低产生的电信号相位噪声。但是这种方法的缺点是结构复杂，不能够实现商业化。
利用外部调制产生微波信号，高质量的微波信号同样可以利用外部的调制信号产生，这种方法容易控制，实现性强。但是同样缺点是产生过程系统复杂。
利用双模激光器。由于双模激光器的两个激射模式是从同一有源区发出的，这种方法不同于相位锁相环，双模激光器产生的两个波长是相位不相关的。但是由于两个模式产生于同一个谐振腔，两个模式的相位相关性优于两独立激光源。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定的倍频光生微波源，以解决光生微波信号的相位噪声过大问题，并且本发明利用低频微波源产生多倍频微波信号。
为此，本发明公开了一种产生多倍频低噪声微波信号的装置，其包括：
调谐激光器，其用于输出可调谐激光，该可调谐激光的一部分注入至直调激光器；
直调激光器，其为被注入锁定的从激光器，并且其在低频微波信号的调制下产生上下边带光；
稳定微波源，其用于向直调激光器输出低频微波信号；
第一耦合器，其用于将所述可调谐激光的另一部分和所述上下边带光耦合后输出至探测器；
探测器，其用于将输入其的可调谐激光和所述上下边带光进行光电转换以转换成高频的微波信号
本发明提出的产生多倍频低噪声微波信号的装置，利用外部光注入锁定直调激光器，得到相位相关的主从光，由于直调激光器的窄线宽特性，使得长波长方向和短波长方向锁定范围达到20GHZ，可以实现宽范围的锁定，利用低频微波源连续调制直调激光器，从而产生高频高质量的微波信号。
附图说明
图1是本发明中产生多倍频低噪声微波信号的装置的结构原理图；
图2是本发明中产生微波信号的过程光谱图；
图3是本发明中倍频范围微波信号的产生图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示出了本发明提供的一种产生多倍频低噪声微波信号的装置的结构原理图。如图1所示，该装置包括：
调谐激光器1，用于输出波长可在C波段连续传输的调谐激光源，该调谐激光源经耦合器6分为上路调谐激光和下路调谐激光，上路光源输入耦合器7，作为参考信号；下路光源输入环形器4的a端口；其中，优选地调谐激光器1的输出光与直调激光器的输出光在频域上光频率间隔在10-30GHZ之间，优选为20GHZ，波长间隔为0.16nm左右。
直调激光器2，其为用于实现被注入锁定的从激光器；其从稳定微波源3接收微波源信号，并发出经由该微波源信号调制后的上下边带光，所述上下边带光经所述调谐激光器1发出的下路调谐激光注入锁定后，输出至偏振控制器5；所述上下边带光为一阶边带光，被所述下路调谐激光注入锁定后的所述上下边带光与所述调谐激光的相位相关；该直调激光器可以为DFB窄线宽半导体激光器，也可以为光纤窄线宽激光器，并且该直调激光器为不带隔离器的封装形式；
稳定微波源3，用于向直调激光器2输出低频微波信号；该稳定微波源3可以连续调谐，以输出0-10GHZ范围的低频微波信号给直调激光器2；
环形器4，其包括三个端口a、b和c，其a端口与3dB耦合器6相连，用于接收经3dB耦合器6分路后的下路调谐激光，其b端口与偏振控制器5相连，用于将从耦合器6接收的光送入偏振控制器5，并从偏振控制器5输入相应的光；其c端口与耦合器7相连，用于向耦合器7单向输出从偏振控制器5输入的光；
偏振控制器5，其用于调制进入其的光的偏振态，使其偏振方向保持一致；该偏振控制器从环形器4的b端口接收所述下路调谐光，还从直调激光器2接收被注入锁定后的上下边带光，并对其进行偏振态控制，其输出端接环形器4的端口b；
3dB耦合器6，其用于将调谐激光器1输出的调谐激光分成上路调谐光和下路调谐光，所述下路调谐激光输出至环形器4，所述上路调谐激光输出至耦合器7；
3dB耦合器7，其接收耦合器6输出的上路调谐激光和环形器4的c端口输出的上下边带光，并将它们进行光信号耦合后输出至探测器；
探测器8，其用于从耦合器7接收耦合光，并将其转换成电信号，实现光电转换。可调谐激光器与直调激光器产生的激光波长的频率差为10GHZ-30GHZ，优选为20GHZ，则在20GHZ的情况下，经频率为10GHZ的微波信号调制后，直调激光器产生的上边带光与可调谐激光器发出激光波长的频率差可达到30GHZ，而经探测器光电转换后产生的高频微波信号为所述原微波信号的三倍。
本发明提出的上述方案用于实现稳定的微波信号，稳定必然要求微波信号的相位噪声低，这就要求产生微波信号的两光源调谐激光源1与直调从激光器2实现相位相关。本发明中直调从激光器2可以采用线宽窄的DFB相移光栅半导体激光器或光纤激光器，得到较大的锁定范围以及很好的相位相关光。
本发明提出的上述方案在实现微波信号稳定的同时还实现了微波信号的高频，高频的微波信号产生并不需要高频的调制微波信号，只需要低频的微波信号调制，就可产生3倍频的微波信号。本发明主要是利用了从激光器即直调激光器2的边带与主激光器即调谐激光源1的光进入光电探测器进行拍频光电转换，实现多倍频效应。
本发明实现了连续的稳定微波源，连续的原理主要在于调制信号为低频连续源，经过连续调制的从激光器与主激光器进行拍频实现三段式连续微波信号。
如图1所示，调谐激光源1光进入耦合器6后分为两路，上路光直接进入耦合器7，下路光进入环形器4的a端口并经偏振控制器5注入从直调激光器2，调谐激光源1波长值在直调从激光器2的锁定范围之内，从而实现调谐激光源1与直调从激光器2的输出光实现相位高度相关，调谐微波源3调谐从直调激光器2产生的相位高度相关的上下边带光。直调从激光器2产生的上下边带光通过环形器4从其c端口送入耦合器7，耦合器7将从直调从激光器输出的上下边带和调谐激光源的上路光源进行光信号混合，最后进入光电探测器8进行光电转换，产生稳定微波信号。
其中，调谐激光源为主激光器，直调激光器为从激光器，并且从激光器在长波长方向实现被注入锁定，被注入锁定的频率范围为10GHZ-30GHZ左右，优选为20GHZ，所述注入锁定频率范围指主激光器与从激光器发出的激光波长的频率差；稳定微波源3用于调制直调激光器产生一阶调制边带光，微波源范围只要0-10GHZ范围即可使得直调激光器产生上下边带光，并且边带间隔由微波源信号决定；调谐激光源1的光进入偏振控制器5中，是为了控制调谐激光器发出的调谐激光源的偏振态，并输入给直调激光器2中；调谐激光器1与直调激光器2的光频间隔在20GHZ左右；直调激光器2产生的上下边带光间隔可以通过改变微波源信号实现连续变化，变化范围从0-10GHZ；注入锁定的直调激光器在稳定微波源的调制下，产生连续的0-10GHZ的边带；直调激光器在被光注入后其输出的上下边带光的相位锁定到与调谐激光源发出的激光一致；产生的低噪声微波信号频率三倍于提供给直调半导体激光器微波信号。
图2是本发明中产生微波信号的过程光谱图；图3是本发明中倍频范围微波信号的产生图。如图2至3所示，被稳定微波源3输出的低频微波信号调制后的边带光频率范围在0-10GHZ之间变化，而最后从探测器8转换产生的高频微波信号的频率范围三倍于所述稳定微波源3输出的低频微波信号，并且该高频微波信号的相位噪声低，输出稳定。其中图3只是边带调制过程的部分图。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于产生多倍频低噪声微波信号的装置，其包括：
调谐激光器，其用于输出可调谐激光，该可调谐激光的一部分注入至直调激光器；
直调激光器，其为被注入锁定的从激光器，并且其在低频微波信号的调制下产生上下边带光；
稳定微波源，其用于向直调激光器输出低频微波信号；
第一耦合器，其用于将所述可调谐激光的另一部分和所述上下边带光耦合后输出至探测器；
探测器，其用于将输入其的可调谐激光和所述上下边带光进行光电转换以转换成高频的微波信号。
2.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，其还包括：
第二耦合器，其用于将调谐激光器发出的可调谐激光分成两部分，一部分输入直调激光器，另一部分直接送入第一耦合器中。
3.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，其还包括：
环形器，该环形器包括三个端口，其第一端口连接可调谐激光源，第二端口连接偏振控制器，第三端口连接第一耦合器。
4.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，其还包括：
偏振控制器，其用于接收要注入至直调激光器的所述可调谐激光的一部分光和直调激光器产生的上下边带光，并对输入其的光进行偏振控制。
5.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，所述调谐激光器为主激光器，直调激光器为从激光器，并且所述从激光器在长波长方向上实现注入锁定，被注入锁定的频率范围为10GHZ-30GHZ。
6.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，所述稳定微波源发出的微波信号的频率范围在0-10GHZ之间连续变化。
7.如权利要求5所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，所述调谐激光器与直调激光器输出激光的光频间隔为20GHZ。
8.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，被可调谐激光注入锁定后的直调激光器在稳定微波源的调制下，产生的上边带光波长与可调谐激光波长的频率间隔为微波源信号的三倍。
9.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，所述可调谐激光注入锁定直调激光器后，直调激光器发出的边带光的相位与可调谐激光的相位一致。
10.如权利要求1所述的产生多倍频低噪声微波信号的装置，其特征在于，所述高频微波信号的频率是所述稳定微波源提供的微波信号频率的三倍。
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