CN103701012B

CN103701012B - 全光微波信号发生器

Info

Publication number: CN103701012B
Application number: CN201310734600.6A
Authority: CN
Inventors: 江阳; 马闯; 蔡绍洪; 白光富
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: CN103701012A

Abstract

本发明公开了一种全光微波信号发生器，半导体光放大器（1）与三端口光环形器端口二（2b）连接、三端口光环形器端口三（2c）与光梳状滤波器（3）的输入连接、光梳状滤波器（3）的输出与光延时线（4）的输入连接、光延时线（4）的输出与偏振控制器A（5）连接、偏振控制器A（5）的另一端与光耦合器A端口一（6a）连接、光耦合器A端口二（6b）与半导体光放大器（1）连接、光耦合器A端口三（6c）与掺铒光纤放大器（7）的输入连接、掺铒光纤放大器（7）的输出与偏振控制器B（8）连接、偏振控制器B（8）的另一端与光耦合器B端口一（9a）连接、光耦合器B端口二（9b）与三端口光环形器端口一（2a）连接。本发明结构简单、体积小巧、成本低廉、性能稳定、使用方便，而且能产生两个或多个相位锁定的光频率的特点。

Description

全光微波信号发生器

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其涉及一种全光微波信号发生器。

背景技术

全光微波信号发生器是一种通过纯光学系统结构产生光子微波信号的装置，其普遍实现方式是产生两个相位锁定的光频率，它们可作为光微波副载波直接在光纤中传输，也可以加载信号形成光载无线信号，还可以通过光电转换直接产生电微波信号。这种微波信号发生器在光载无线系统，宽带无线接入，雷达系统，传感网络等领域有着重要的作用。

目前报道的全光微波信号发生器主要有以下两种：

一种是双波长激光器，它是在谐振腔内放置一个具有双透射峰的光学滤波器实现两个波长的激光激射。这里的双峰透射的光学滤波器多为相移光纤布拉格光栅。这种全光微波信号发生器没有反馈结构，激射的两个激光间没有稳定的相位关系，从而产生的微波信号质量很差。

一种是微波光子滤波的全光微波信号发生器，它是在环形谐振腔内放置一个微波光子滤波器产生两个相位锁定的光频率，但是微波光子滤波器结构复杂需要宽谱光源、梳状光谱切片滤波器，半导体激光放大器等多种器件，增大了整个微波信号发生器的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提出的一种具有结构简单、体积小巧、成本低廉、性能稳定、使用方便，而且能产生两个或多个相位锁定的光频率的全光微波信号发生器。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：本发明的一种全光微波信号发生器，包括半导体光放大器、三端口光环形器、光梳状滤波器、光延时线、偏振控制器A、光耦合器A、掺铒光纤放大器、偏振控制器B和光耦合器B，其中：半导体光放大器与三端口光环形器端口二连接、三端口光环形器端口三与光梳状滤波器的输入连接、光梳状滤波器的输出与光延时线的输入连接、光延时线的输出与偏振控制器A连接、偏振控制器A的另一端与光耦合器A端口一连接、光耦合器A端口二与半导体光放大器连接、光耦合器A端口三与掺铒光纤放大器的输入连接、掺铒光纤放大器的输出与偏振控制器B连接、偏振控制器B的另一端与光耦合器B端口一连接、光耦合器B端口二与三端口光环形器端口一连接。

上述的全光微波信号发生器，其中：光耦合器A端口一和光耦合器A端口二为一对直通臂，光耦合器B（9）的端口一和光耦合器B的端口二为一对直通臂。

上述的全光微波信号发生器，其特征在于：光梳状滤波器为光法布里—珀罗（F-P）滤波器、光纤微环或硅基微环波导。

本发明与现有技术相比有明显优势，从以上技术方案可知：带有反馈回路的谐振腔谐振腔会激发出由环路长度所决定的一系列波长间隔为Δl1的光模式，这些光模式被环路内的光梳状滤波器进一步选模。若光梳状滤波器具有波长间隔为Δl2的滤波特性，则共同满足谐振腔和光梳状滤波器的光模式将得以循环。通常情况下，Δl1＜＜Δl2，因此，可以恰当地调节腔长，使得n×Δl1=Δl2,也即，最终循环振荡的模式间隔可以为Δl2(以下均考虑这种情况)。此时产生的这些模式间没有确定的相位关系，因此不能拍出稳定微波信号。为了提高信号质量，腔内的一路信号被引出、放大后再次反馈注入谐振腔。反馈注入的信号与谐振腔内的信号相向通过半导体光放大器，此时谐振腔内的信号通过半导体光放大器中的非线性效应得到调制。通过这种反馈调制过程，并仔细调节腔内光延时线以调节模式间的相位，谐振腔内的光模式间的相位将得到锁定，最终输出稳定且具有良好质量的光微波信号。无需外加光源，没有光电信号之间的转换，具有结构简单、体积小巧、成本低廉、性能稳定、使用方便，而且能产生两个或多个相位锁定的光频率。

附图说明

图1为实施例1的示意图

图2为实施例2的示意图

图3为实施例3的示意图。

图中标记：

1、半导体光放大器；2、三端口光环形器；2a、三端口光环形器端口一；2b、三端口光环形器端口二；2c、三端口光环形器端口三；3、光梳状滤波器；4、光延时线；5、偏振控制器A；6、光耦合器A；6a、光耦合器A端口一；6b、光耦合器A端口二；6c、光耦合器A端口三；6d、光耦合器A端口四；7、掺铒光纤放大器；8、偏振控制器B；9、光耦合器B；9a、光耦合器B端口一；9b、光耦合器B端口二；9c、光耦合器B端口三。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例对依据本发明提出的全光微波信号发生器的具体实施方式、结构、特征及其功效具体说明如下：

实施例1

参照图1，全光微波信号发生器，包括半导体光放大器1、三端口光环形器2、光梳状滤波器3、光延时线4、偏振控制器A5、光耦合器A6、掺铒光纤放大器7、偏振控制器B8和光耦合器B9，其中：半导体光放大器1与三端口光环形器端口二2b连接、三端口光环形器端口三2c与光梳状滤波器3的输入连接、光梳状滤波器3的输出与光延时线4的输入连接、光延时线4的输出与偏振控制器A5连接、偏振控制器A5的另一端与光耦合器A端口一6a连接、光耦合器A端口二6b与半导体光放大器1连接、光耦合器A端口三6c与掺铒光纤放大器7的输入连接、掺铒光纤放大器7的输出与偏振控制器B8连接、偏振控制器B8的另一端与光耦合器B端口一9a连接、光耦合器B端口二9b与三端口光环形器端口一2a连接。

其中光梳状滤波器3为光法布里—珀罗（F-P）滤波器。

所述的光耦合器A端口一6a和光耦合器A端口二6b为一对直通臂，光耦合器B9的端口一9a和光耦合器B9的端口二9b为一对直通臂。

工作原理：整个环形谐振腔会激发出由环路长度所决定的一系列波长间隔为Δl1的光模式，这些光模式被环路内的光法布里—珀罗（F-P）滤波器进一步选模。若光法布里—珀罗（F-P）滤波器具有波长间隔为Δl2的滤波特性，则共同满足谐振腔和光法布里—珀罗（F-P）滤波器的光模式将得以循环，产生一系列间隔为Δl2的模式。与此同时，腔内的一路信号通过光耦合器A6的耦合臂上的端口二6c引出、经由掺铒光纤放大器7放大后通过三端口光环形器2的端口一2a反馈注入谐振腔。反馈注入的信号与环形谐振腔内的信号相向通过半导体光放大器1，此时环形谐振腔内的信号通过半导体光放大器1中的非线性效应得到调制。通过这种反馈调制过程，并仔细调节腔内光延时线4以调节模式间的相位，谐振腔内的光模式间的相位将得到锁定，最终得到两个或多个相位相互锁定的光频率，由光耦合器B9的端口三9c输出稳定且具有良好质量的光微波信号。

实施例2

参照图2全光微波信号发生器，其中光梳状滤波器3为光纤微环。

其余同实施例1。

工作原理：整个环形谐振腔会激发出由环路长度所决定的一系列波长间隔为Δl1的光模式，这些光模式被环路内的光纤微环进一步选模。若光纤微环具有波长间隔为Δl2的滤波特性，则共同满足谐振腔和光纤微环的光模式将得以循环，产生一系列间隔为Δl2的模式。其余同实施例1

实施例3

参照图3全光微波信号发生器，其中光梳状滤波器3为硅基微环波导。

其余同实施例1。

工作原理：整个环形谐振腔会激发出由环路长度所决定的一系列波长间隔为Δl1的光模式，这些光模式被环路内的硅基微环波导进一步选模。若硅基微环波导具有波长间隔为Δl2的滤波特性，则共同满足谐振腔和硅基微环波导的光模式将得以循环，产生一系列间隔为Δl2的模式。其余同实施例1。

本发明所述并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其它的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种全光微波信号发生器，包括半导体光放大器（1）、三端口光环形器（2）、光梳状滤波器（3）、光延时线（4）、偏振控制器A（5）、光耦合器A（6）、掺铒光纤放大器（7）、偏振控制器B（8）和光耦合器B（9），其特征在于：半导体光放大器（1）与三端口光环形器端口二（2b）连接、三端口光环形器端口三（2c）与光梳状滤波器（3）的输入连接、光梳状滤波器（3）的输出与光延时线（4）的输入连接、光延时线（4）的输出与偏振控制器A（5）连接、偏振控制器A（5）的另一端与光耦合器A端口一（6a）连接、光耦合器A端口二（6b）与半导体光放大器（1）连接、光耦合器A端口三（6c）与掺铒光纤放大器（7）的输入连接、掺铒光纤放大器（7）的输出与偏振控制器B（8）连接、偏振控制器B（8）的另一端与光耦合器B端口一（9a）连接、光耦合器B端口二（9b）与三端口光环形器端口一（2a）连接，由光耦合器B端口三（9c）输出稳定且具有良好质量的光微波信号。

2.如权利要求1所述的全光微波信号发生器，其特征在于：光耦合器A端口一（6a）和光耦合器A端口二（6b）为一对直通臂，光耦合器B（9）的端口一（9a）和光耦合器B（9）的端口二（9b）为一对直通臂。

3.如权利要求1所述的全光微波信号发生器，其特征在于：光梳状滤波器（3）为光法布里—珀罗（F-P）滤波器、光纤微环或硅基微环波导。