CN103490823B - 一种基于微波光子的多微波本振源产生装置 - Google Patents

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本发明公开了一种基于微波光子的多微波本振源产生装置，其包括：窄线宽激光器，其用于提供相干种子光源；光分束器，其用于将所述种子光源分成两路，分别输出给第一相位调制器和第二相位调制器；第一宽带微波源，其用于提供第一宽带微波信号；第二宽带微波源，其用于提供第二宽带微波信号；第一相位调制器，其利用第一宽带微波源信号调制所述种子光，产生第一微波调制光信号；第二相位调制器，其利用第二宽带微波源信号调制所述种子光，产生第二微波调制光信号；合束器，其用于将所述第一微波调制光信号和第二微波调制光信号进行合束产生混合光；波分复用器，其用于将所述混合光进行分频段输出，以产生多微波本振源。

Description

一种基于微波光子的多微波本振源产生装置
技术领域
本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于微波光子的多微波本振源产生装置。
背景技术
当前，宽带卫星通信与光纤通信、无线通信并列为三大通信技术，对国民经济和国家信息安全起重要的支撑作用。在用户巨大的通信容量需求的牵引下，卫星通信需要多载波变频，因此需要多微波本振源。此外，在网电空间频谱侦测的信道化接收机中，也需要高性能多本振源。
在我国，卫星通信系统是我国三大通信支柱产业之一，目前以中国卫通引领，在轨服务的卫星有11颗，后续卫星多颗将投入运营。当前，卫星通信向多频段、宽带化方向发展。而传统的卫星通信转发系统面临严峻挑战包括以下三方面：
1.带宽问题
由于广播电视、数据传输、数字宽带多媒体、移动互联网等大数据业务需求，特别是军事需求，亟需提高载波频率，增大带宽，提高通信容量。
2.载荷重量与功耗问题
由于未来通信卫星需要兼容S、C、X、Ku、K、Ka多个频段，因此转发器结构复杂，增加了系统重量和功耗。
3.电磁干扰问题
大量电子元器件的使用，增大了系统间电磁干扰和信号串扰。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出了利用光子手段实现多微波本振信号的产生、变频、和交换，进而提出了一种基于光子技术产生多本振源的装置。
本发明提出的基于光子技术产生多本振源的装置，克服了传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁兼容等方面的难题。
本发明公开的一种基于微波光子的多微波本振源产生装置，其包括：
窄线宽激光器，其用于提供相干种子光源；
光分束器，其用于将所述种子光源分成两路，分别输出给第一相位调制器和第二相位调制器；
第一宽带微波源，其用于提供第一宽带微波信号；
第二宽带微波源，其用于提供第二宽带微波信号；
第一相位调制器，其利用第一宽带微波源信号调制所述种子光，产生第一微波调制光信号；
第二相位调制器，其利用第二宽带微波源信号调制所述种子光，产生第二微波调制光信号；
合束器，其用于将所述第一微波调制光信号和第二微波调制光信号进行合束产生混合光；
波分复用器，其用于将所述混合光进行分频段输出，以产生多微波本振源。
本发明提出的一种基于光学频率梳技术产生微波源的装置，利用相位调制器作为谐振腔，实现调制光边带振荡放大，产生平坦光学频率梳，相同原理并且是由同一个窄线宽激光源作为种子光源产生两个高度相干光学频率梳，改变两个微波源信号大小，并且两个光学频率初始频率存在一定频偏量。实现支持S，C，X，Ku，K，Ka多频段多路射频信号批量变频与灵活交换的新型卫星通信转发系统。
附图说明
图1是本发明中基于光子技术产生多本振源装置图；
图2是本发明中产生光学频率梳的示意图；
图3是本发明中间隔不同光频梳产生多本振源的示意图；
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示出了本发明提出的基于光子技术产生多本振源的装置结构图。如图1所示，该装置包括：
窄线宽激光器1，其用于提供相干种子光源，该种子光源输出给3dB分束器2的输入端；
光分束器2，其输入端口与窄线宽激光器1的输出端连接，其用于将输入种子光源按照功率平均分成两路输出，分别输出给第一相位调制器3和第二相位调制器4；
第一相位调制器3，其光输入端与光分束器2的第一输出端口相连，其微波信号输入端与宽带微波信号放大器8的输出端相连，其光输出端连接至光合束器5的输入端，其用于产生经第一微波信号调制的光信号；
第二相位调制器4，其光输入端与光分束器2的第二输出端口相连，其微波信号输入端与宽带微波信号放大器9的输出端相连，其光输出端连接至光合束器5的输入端，其用于产生经第二微波信号调制的光信号；
光合束器5，其两输入端分别与两个相位调制器3、4的光输出端相连，其输出端与波分复用器6的输入端相连，其用于将两路调制光信号进行混合输出；其中，光分束器2为3dB光分束器，光合束器5为3dB光合束器；
波分复用器6，其输入端与3dB光合束器5的输出端连接，其各输出端分别与光电探测器阵列7相连，其用于将光合束器5输出的混合光进行分通道输出，按照波分复用器的通道间隔不同，将光信号进行重新整理多通道输出；
高速光电探测器阵列7，其每个探测器的输入端分别与波分复用器6的一个输出端连接，其用于对接收的光信号进行光电转化；
第一宽带微波放大器8，其输入端与第一宽带微波源10的输出端相连，输出端与第一相位调制器3的微波信号输入端口连接，其用于对从第一宽带微波源10接收到的宽带微波源信号并进行放大产生第一微波信号，并将第一微波信号输出至第一相位调制器3；
第二宽带微波放大器9，其输入端与第二宽带微波源11的输出端相连，输出端与第二相位调制器4的微波信号输入端口连接，其用于对从第二宽带微波源11接收到的宽带微波源信号进行放大产生第二微波信号，并将第二微波信号输出至第二相位调制器4；
第一宽带微波源10，其输出微波信号为f1，其输出端与第一宽带微波放大器8的输入端口连接，其用于提供稳定可调谐的宽带微波信号；
第二宽带微波源11，其输出微波信号为f2，其输出端与第二宽带微波放大器9的输入端口连接，其用于提供稳定可调谐的宽带微波信号。
所述窄线宽激光器1一可以是半导体激光器也可以是光纤激光器；所述3dB光分束器2可以是空间结构光分束器，也可以是光纤结构分束器或者是波导结构的光分束器；所述第一相位调制器3和第二相位调制器4可以是通过在高速调制器两端镀膜制备，也可以通过将高速调制器放置于一F-P腔结构中，调制器的材料可以是铌酸锂，也可以是硅或者磷化铟。其中高速相位调制器3和4的自由光谱范围有一定的差异。3dB合束器5可以是空间结构光合束器，也可以是光纤结构合束器或者是波导结构的光合束器；波分复用器6可以是基于阵列波导光栅结构的，也可以是基于光纤光栅结构的，或者是基于F-P滤波器结构的；高速探测器阵列7可以是磷化铟材料的也可以是硅基材料的，带宽越宽越好。所述宽带微波放大器8和9的带宽越宽越好，饱和输出功率越大越好；所述宽带微波源10和11的输出信号频率可调、稳定、且输出信号频率不同，且分别与F-P腔高速相位调制器3和4的自由光谱范围匹配。
其中，第一、第二相位调制器为两端镀膜或者嵌入FP腔中的形式，其结构为产生一自由光谱范围固定的光学结构，其微波调制信号输入端输入的微波信号大小由宽带微波源10、11控制，微波信号的大小为FP腔相位调制器自由光谱范围的整数倍；
所述宽带微波源10、11实现光功率微波输出到FP腔相位调制器3、4中；
所述第一、第二宽带微波放大器的带宽足够大，并且使其达到饱和输出状态，并且两宽带微波放大器放大倍数一致，保证输入到两FP腔相位调制器3、4的微波功率相同；
所述波分复用器6按照接收光信号的频率间隔不同在不同的信道输出端输出，该波分复用器用于对光路按照频率间隔重新整理输出；其中，频率间隔是由两个相位调制器所加的微波信号频率大小来决定。
所述光电探测器阵列7对接收到的光信号进行光电转换，不同探测器输出的电信号范围不同，以产生多频段微波信号。
由于第一、第二相位调制器3、4为两端镀膜或者嵌入FP腔的FP腔相位调制器，进入其的光仅有一小部分从光输出端输出，而大部分光在其谐振腔内往返振荡，并在往返振荡过程中由宽带微波源10、11输出的微波信号进行调制。因此，本发明提出的基于光子技术产生多本振源的装置利用第一、第二相位调制器3、4作为谐振腔，将宽带微波源10、11输出的宽带微波源信号分别经过宽带微波放大器8，9放大后对相位调制器3、4内的光信号进行相位调制，基于FP谐振腔原理以及大功率微波信号调制，实现调制光边带在谐振腔中往返振荡放大，产生较平坦光学频率梳，两个相位调制器基于相同产生光学频率梳原理并且是由同一个窄线宽激光源作为种子光源产生两个相位高度相干光学频率梳，改变两个微波源信号f1.f2大小，从而改变两相位调制器输出光梳的梳齿间隔不同，并且两个光学频率梳初始频率(即由两个FP腔自由光谱范围不同引起的)存在一定频偏量f0，两个梳齿频率间隔不同的光学频率梳经过光合束器5耦合输入光波分复用器6，通过不同光梳不同梳齿进行差频拍频，产生满足光梳齿频率差的多个微波频率，f0，f0+(f1-f2)，f0+2(f1-f2)，f0+，3(f1-f2)，……，f0+，n(f1-f2)，实现支持S，C，X，Ku，K，Ka多频段多路射频信号批量变频与灵活交换的新型卫星通信转发系统。
图2、图3分别给出了本发明中产生光学频率梳和通过梳齿间隔不同的两个光频梳进入光电探测器拍频产生多本振源的示意图。如图2和图3所示，FP腔相位调制器在宽带大功率微波信号的调制下产生光学频率梳，利用两个频率间隔不同的光学频率梳不同梳齿进行差频拍频，产生多频段微波信号，从而实现多频段多路射频信号转发，能够很好地满足新型卫星通信系统的需求，并能够很好的应用在密集波分复用系统中。
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)

1.一种基于微波光子的多微波本振源产生装置，其包括：
窄线宽激光器，其用于提供相干种子光源；
光分束器，其用于将所述种子光源分成两路，分别输出给第一相位调制器和第二相位调制器；
第一宽带微波源，其用于提供第一宽带微波信号；
第二宽带微波源，其用于提供第二宽带微波信号；
第一相位调制器，其利用第一宽带微波信号调制所述种子光，产生第一微波调制光信号；
第二相位调制器，其利用第二宽带微波信号调制所述种子光，产生第二微波调制光信号；
合束器，其用于将所述第一微波调制光信号和第二微波调制光信号进行合束产生混合光；
波分复用器，其用于将所述混合光进行分频段输出，以产生多微波本振源。
2.如权利要求1所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，所述第一宽带微波源和第二宽带微波源的频率不同。
3.如权利要求1所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，所述第一宽带微波源和第二宽带微波源的输出信号频率可调，且输出信号频率不同。
4.如权利要求1所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，第一相位调制器和第二相位调制器为FP腔相位调制器。
5.如权利要求4所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，所述第一相位调制器和第二相位调制器可以是通过在高速调制器两端镀膜制备，也可以是通过将高速调制器放置于一F-P腔结构中形成。
6.如权利要求1所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，所述波分复用器包括多个频率不同的输出通道，且每个输出通道输出混合光中相应间隔的光。
7.如权利要求6所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，其还包括光电探测器阵列，其包括多个光电探测器，每个光电探测器与波分复用器中的不同输出通道相连接，用于检测不同频率的调制光信号。
8.如权利要求1-7任一项所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，其还包括第一宽带微波放大器和第二宽带微波放大器，其分别用于将第一宽带微波源和第二宽带微波源进行放大后输出至第一相位调制器和第二相位调制器。
9.如权利要求1-7任一项所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，所述第一相位调制器和第二相位调制器的自由光谱范围不同，且所述第一宽带微波源和第二宽带微波源的输出信号频率分别与所述第一相位调制器和第二相位调制器的自由光谱范围相匹配。
10.如权利要求1-7任一项所述的基于微波光子的多微波本振源产生装置，其特征在于，所述窄线宽激光器是半导体激光器或者光纤激光器。
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