CN103955078B - 基于交叉偏振调制的光控微波调相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，包括：偏振调制器，其用于对光载波进行外调制；本振微波源，为偏振调制器提供驱动信号源；光带通滤波器，对所述光信号进行选择输出，保留载波和正一阶边带；第二激光源，提供泵浦光信号；光开关，对泵浦光信号进行快速的通过与断开；光耦合器，将载波和正一阶边带光信号与泵浦光信号进行耦合；高非线性光纤，在泵浦光信号的诱导下使得高非线性光纤中产生垂直的TE和TM模式并使两模式偏振方向与所述载波和正一阶边带光信号偏振方向分别平行，实现所述的载波和正一阶边带光信号的交叉偏振调制；光起偏器，将高非线性光纤输出的所述载波和正一阶边带光信号投影到一个偏振态；光带阻滤波器，滤除泵浦光信号；光电探测器，对所述载波和正一阶边带光信号进行差频，生成相位调制的微波信号。

Description

基于交叉偏振调制的光控微波调相器

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交叉偏振调制的光控微波调相器。

背景技术

20世纪80年代以来，随着微波信号的光调制技术和半导体光电子技术的发展，科研人员将光传输系统应用于光控相控雷达系统的构想得到了迅速发展。由于光载波的频率极高，并且光线路具有稳定传输的优点，微波带宽相对于光载波的频率则非常小，在光控相控雷达中应用移相器可以克服微波传输的不足，于是产生了光控相控雷达技术。移相技术是光控相控雷达中的关键技术，其功能主要是实现对微波信号的可控相移。可控的微波光子移相器相对于电子移相器具有显著的体积和重量优势。因而，研究相移精度高，性能稳定的微波光子移相器具有重大的意义。目前，微波光子移相器实现快速相位控制是一大难题。

综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，满足光控相控雷达中的需求，基于交叉偏振调制的光控微波移相器应运而生。

发明内容

本发明要解决光控相控雷达中的微波光子移相器的快速调相的困难问题。并且实现宽带范围内的微波光子移相器。

本发明公开了一种基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，包括：

第一激光源，其用于产生光载波，并输出给偏振调制器；

偏振调制器，其用于对所述光载波进行外调制；

本振微波源，其用于为偏振调制器提供驱动信号源；

光带通滤波器，其用于对所述偏振调制器调制后的光信号进行选择输出，只保留偏振态相互垂直的载波和正一阶边带；

第二激光源，其用于提供泵浦光信号；

光开关，其用于对所述泵浦光信号进行快速的通过与断开；

光耦合器，其用于将所述偏振态相互垂直的载波和正一阶边带光信号与所述泵浦光信号进行耦合后输出给高非线性光纤；

高非线性光纤k，其用于在所述泵浦光信号的诱导下使得所述偏振态相互垂直的载波和正一阶边带光信号产生光克尔效应，实现对所述载波和正一阶边带光信号的交叉偏振调制；

光起偏器，其用于将所述高非线性光纤输出的光信号中的所述载波和正一阶边带光信号投影到一个偏振态上；

光带阻滤波器，其用于滤除光起偏器输出的光信号中的泵浦光信号，并将所述载波和正一阶边带光信号输出给光电探测器；

光电探测器，其用于对所述载波和正一阶边带光信号进行差频，实现光电转换，生成相位调制的微波信号。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

该基于交叉偏振调制的光控宽带微波光子移相器/调相器系统结构简单，能够实现快速调相，调相速度由光开关速度影响。功耗低，并且兼容性强。

附图说明

图1是本发明中基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器结构示意图；

图2是本发明中基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器偏振调制器偏振态以及高非线性光纤中偏振态示意图；

图3是本发明中基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器的相位图。

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示出了本发明中基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器/调相器的结构示意图，如图1所示，所述基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器/调相器的装置，包括：

激光源a，其用于产生光载波，并输出给偏振调制器b；

偏振调制器b，其用于根据本振微波源输出的驱动信号源对第一激光源a进行交叉偏振调制，产生偏振态相互垂直的载波与边带并输出给光带通滤波器d；

本振微波源c，其用于作为偏振调制器b的驱动信号源；

光带通滤波器d，其用于对调制后的光信号进行选择输出，只保留偏振垂直的载波和正一阶边带，并将滤波后的光信号输出给偏振控制器e；

偏振控制器e，其用于对输入的光信号的偏振态进行控制，并将光信号输出给光耦合器j，以保证所述载波或边带的偏振态与高非线性光纤k产生的慢轴或者快轴方向平行；

激光源f，其用于提供光信号给光放大器g，其作为在高非线性光纤k中产生光克尔效应的泵浦光；

掺饵光纤光放大器g，其用于将激光源f的光信号进行放大，以满足高非线性光纤k中产生光克尔效应的光功率要求，并且通过控制光放大器g的放大倍数，控制光开关h对泵浦光的通过与限制，即控制光开关的打开与断开；

光开关h，其用于对输入光信号进行快速的通过与断开，并输出给偏振控制器i；

偏振控制器i，其用于控制光开关h输出的光信号，并输出给光耦合器j，其主要是控制所述泵浦光信号的偏振态，以保证在高非线性光纤k中产生的快轴和慢轴的方向与所述载波和边带的偏振态平行；

光耦合器j，其两个输入端分别连接偏振控制器e的输出端和偏振控制器i的输出端，并耦合输出给高非线性光纤k；

高非线性光纤k，其用于在所述泵浦光的诱导下使得所述载波和边带产生光克尔效应，该效应在高非线性光纤中产生偏振态相互垂直的快轴和慢轴，实现对偏振调制器输出的载波和边带的相位的交叉偏振调制，并将交叉偏振调制后的所述载波和边带输出给偏振控制器l；

偏振控制器l，其用于对输入的经高非线性光纤k调制后的所述载波和边带进行偏振态的控制，以使得其偏振态对准起偏器的起偏方向，并输出给光起偏器m；

光起偏器m，其用于将输入光信号投影到一个偏振态上，并输出给光带阻滤波器n；

光带阻滤波器n，其用于滤除泵浦光信号，并将剩余所述载波和边带光信号输出给光电探测器o；

光电探测器o，其用于将输入的光信号进行差频，实现光电转换，生成相位调制的微波信号；

如图1中所示，上支路中，激光源a输出的光载波经过偏振调制器b的偏振调制，实现载波与边带的偏振态垂直，相位差为Ф，该相位差主要由从本振微波源c所加微波信号的偏压、以及起偏器的入射角度等决定；而通过光带通滤波器d后，光信号只保留光载波与正一阶边带；光载波与边带的差频大小由本振微波源c决定，由于偏振调制器b并不是窄带器件，从而可以实现宽带范围的微波信号；下支路激光源f产生的光信号经过光放大器g放大后注入到高非线性光纤k中，在其中产生非线性光克尔效应，导致高非线性光纤中产生光传输的快轴与光传输的慢轴，该慢轴的光偏振方向与入射激光源f产生的光信号的偏振方向一致，快轴的光偏振方向与慢轴的偏振方向垂直。快轴与慢轴的光折射率不同，是由高非线性光纤中光克尔效应引起的，两轴折射率差与光功率的平方成正比，从而通过改变光纤放大器的放大倍数就可以改变快轴与慢轴上传输光的相位差，两轴上的光进入光电探测器，光电转换后的微波信号上就携带了该相位信息，实现宽带微波光子移相器。在下支路中，光纤放大器g输出的放大后的光信号进入光开关，实现了光信号的快速通断，从而非线性光纤k中的快轴与慢轴也实现了快速有无，实现光控的宽带微波光子移相器。两轴的相位变化由两轴的折射率差决定，通过改变光纤放大器g的放大倍数即可改变两轴的相位差，实现宽带微波调相器。

其中，所述光开关由强度调制器加方波电信号实现。通过调节偏振控制器e、i，实现上支路偏振调制器产生的所述载波的偏振方向与高非线性光纤中产生的光传输快轴或慢轴方向一致，使得所述正一阶边带的偏振方向与高非线性光纤中的慢轴或快轴的方向一致。高非线性光纤中的快轴与慢轴的光传播速度不同，从而影响两个方向的光相位差ΔΨ不同，即影响偏振调制后的载波与一阶边带相位差为Ф+ΔΨ；高非线性光纤中的载波与边带的相位差ΔΨ部分由下支路的光放大后的入射激光源f光功率大小决定。

图2示出了基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器/调相器的光偏振态的变化，从图中可以看出，通过调节偏振控制器e、i，实现光信号的偏振态与高非线性光纤中产生的快慢轴偏振态对应。

图3示出了基于交叉偏振调制的光控宽带微波移相器/调相器的相位随频率变化图。

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)

1.一种基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，包括：

第一激光源，其用于产生光载波，并输出给偏振调制器；

偏振调制器，其用于对所述光载波进行外调制；

本振微波源，其用于为偏振调制器提供驱动信号源；

光带通滤波器，其用于对所述偏振调制器调制后的光信号进行选择输出，只保留偏振态相互垂直的载波和正一阶边带；

第二激光源，其用于提供泵浦光信号；

光开关，其用于对所述泵浦光信号进行快速的通过与断开；

光耦合器，其用于将所述偏振态相互垂直的载波和正一阶边带光信号与所述泵浦光信号进行耦合后输出给高非线性光纤；

高非线性光纤，其用于在所述泵浦光信号的诱导下使得所述偏振态相互垂直的载波和正一阶边带光信号产生光克尔效应，高非线性光纤中产生垂直的TE和TM模式并使两模式偏振方向与所述载波和正一阶边带光信号偏振态方向分别平行，实现对所述载波和正一阶边带光信号的交叉偏振调制；

光起偏器，其用于将所述高非线性光纤输出的光信号中的所述载波和正一阶边带光信号投影到一个偏振态上；

光带阻滤波器，其用于滤除光起偏器输出的光信号中的泵浦光信号，并将所述载波和正一阶边带光信号输出给光电探测器；

光电探测器，其用于对所述载波和正一阶边带光信号进行差频，实现光电转换，生成相位调制的微波信号。

2.根据权利要求1所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器的装置，其特征在于，所述偏振调制器使得所述载波与相邻边带产生预定的相位差Φ，并且载波与相邻边带偏振态垂直。

3.根据权利要求1所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，其特征在于，所述光开关由强度调制器加方波电信号实现。

4.根据权利要求1所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，其特征在于，还包括光放大器，其用于放大所述第二激光源产生的泵浦光，且通过控制所述光放大器的放大倍数，控制所述光开关对泵浦光的光通过与限制。

5.根据权利要求1所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，其特征在于，在高非线性光纤中产生所述光克尔效应时，所述泵浦光会产生TE和TM两模式即光传输快轴与光传输慢轴，并且光传输慢轴方向由所述泵浦光的偏振方向决定。

6.根据权利要求5所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，其特征在于，还包括：

第一偏振控制器，其用于对所述光带通滤波器输出的所述载波和正一阶边带光信号的偏振态进行控制；

第二偏振控制器，其用于对第二激光器输出的泵浦光的偏振态进行控制，使得所述载波的偏振方向与高非线性光纤中产生的光传输快轴或慢轴方向一致，使得所述正一阶边带的偏振方向与高非线性光纤中的慢轴或快轴的方向一致。

7.根据权利要求5所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器装置，其特征在于，从所述高非线性光纤中调制输出的所述载波与正一阶边带的相位差增加第一相位差值，所增加的第一相位差值为由所述高非线性光纤中产生的光传输快轴与光传输慢轴的光传播速度不同而引起的光相位差。

8.根据权利要求7所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器的装置，其特征在于，所述第一相位差值由输入至所述高非线性光纤的泵浦光的光功率大小决定。

9.根据权利要求5所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器的装置，其特征在于，所述高非线性光纤中产生的光传输快轴和光传输慢轴之间的相位差由光放大器的倍数决定。

10.根据权利要求9所述的基于交叉偏振调制的光控宽带微波调相器的装置，其特征在于，所述光电探测器产生的相位调制的微波信号中携带有所述光传输快轴和光传输慢轴之间的相位差信息。