CN104051935A - 基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置，所述四倍频微波信号产生装置包括：激光源、偏振调制器、3dB光耦合器、光电振荡环路和上支路，其中：激光源用于输出稳定的光载波；偏振调制器用于基于光载波和微波调制信号产生正交偏振的光载波与光边带；3dB光耦合器用于将接收到的光信号分成两路输出，一路输出给光电振荡环路产生一倍频的电信号；一路输出给上支路产生四倍频微波信号。本发明装置利用光偏振调制器产生偏振态垂直的载波与相邻的光边带，通过有效的调节偏振控制器与起偏器，滤除奇数阶边带，并且通过改变光放大器的放大倍数，改变光电振荡器的环内增益，实现载波抑制调制，从而产生稳定、低噪声的四倍频微波信号。

Description

基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置
技术领域
本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种光生微波技术，尤其是一种基于光电振荡器产生高频微波信号的装置。
背景技术
高质量的微波信号主要体现为高频谱纯度、高射频稳定性和低相位噪声，其在很多领域有广泛的应用，其中包括雷达系统、无线通信系统以及电子对抗系统。由于电子瓶颈的限制，基于电子系统直接产生高频微波或者毫米波是一大挑战。传统的高频微波信号产生是基于低频的标准振荡系统经过多次倍频获得，然而多次倍频会恶化信号的相位噪声，并且该方法产生的微波信号的频率调谐性很差。为了克服电子系统产生微波信号的缺陷，同时，由于对高频谱纯度和低相位噪声的微波信号强烈需求，光生微波技术应运而生。
基于光生微波技术产生高频微波信号克服了传统微波系统在处理速度和传输带宽等方面的严重电子瓶颈，并且产生的微波信号的频谱纯度高、相位噪声低以及具有灵活的可调谐能力，充分利用了光子技术的先天优势。同时，光生微波系统相比于传统的微波系统具有损耗低、重量轻、带宽大、速度快、抗电磁干扰和频率响应平坦等诸多优点。此外，基于光电振荡器产生微波信号的系统可以与全光网络以及与光载射频兼容。
但是光生微波信号系统需要大功率的微波源信号作为驱动，这将会大大增加系统的功耗与体积。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置，本发明不需要外部微波源，基于光电振荡理论产生稳定的微波信号，并实现四倍频的高频微波信号输出。
本发明提出了一种基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置，所述四倍频微波信号产生装置包括：激光源1、偏振调制器2、3dB光耦合器3、光电振荡环路和上支路，其中：
所述激光源1用于输出稳定的光载波给偏振调制器2；
所述偏振调制器2用于基于所述激光源1产生的光载波和微波调制信号产生正交偏振的光载波与光边带，并将得到的光信号发送给3dB光耦合器3；
所述3dB光耦合器3用于将接收到的光信号分成两路输出，一路输出给光电振荡环路，用于产生一倍频的电信号；一路输出给上支路，用于产生四倍频微波信号。
其中，所述激光源1为半导体激光器或光纤激光器。
其中，所述偏振调制器2由高非线性光纤以及非线性半导体光放大器替代。
其中，所述光电振荡环路由偏振控制器4、起偏器5、可调谐光放大器6、光电探测器7、电放大器8和电带通滤波器9组成的环路形成，用于产生微波调制信号输出给所述偏振调制器2。
其中，所述偏振控制器4用于控制光电振荡环路内输入光的偏振态，与所述起偏器5联合改变光电振荡环路中光信号的光功率；所述起偏器5用于将偏振控制器4输出的光信号投影到一个偏振态输出；所述可调谐光放大器6用于可调谐的控制光电振荡环路中光信号的功率；所述光电探测器7用于将可调谐光放大器6输出的光信号转换为电信号输出给电放大器8；所述电放大器8用于将输入电信号进行放大输出；所述电带通滤波器9用于对于电放大器8输出的电信号进行过滤，得到需要频段的微波信号，并将其输出给偏振调制器2。
其中，所述电带通滤波器9由相移光纤布拉格光栅代替。
其中，所述微波调制信号的大小由所述电带通滤波器9的带宽决定。
其中，所述上支路由偏振控制器10、起偏器11、光带通滤波器12和光电探测器13构成，用于产生四倍频微波信号。
其中，所述偏振控制器10用于控制上支路的光偏振态，以使光信号的奇数阶光边带的偏振态与起偏器11的偏振方向垂直输入；所述起偏器11用于将偏振控制器10输出的光信号投影到一个偏振态输出，滤除奇数阶光边带，输出偶数阶光边带；所述光带通滤波器12用于将偶数阶边带中的3阶边带及以上的光边带滤除，输出正负二阶边带；所述光电探测器13用于将光带通滤波器12输出的光信号转换为电信号，得到四倍频微波信号。
本发明提出的基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置，利用光偏振调制器产生偏振态垂直的载波与相邻的光边带，通过有效的调节偏振控制器与起偏器，滤除奇数阶边带，并且通过改变光放大器的放大倍数，改变光电振荡器的环内增益，实现载波抑制调制，从而产生稳定、低噪声的四倍频微波信号。
附图说明
图1是本发明基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置的原理结构示意图；
图2是利用本发明装置产生的四倍频微波信号的光谱偏振态示意图；
图3是装置本发明装置产生的四倍频信号微波信号的频谱图。
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，对本发明进一步详细说明。
图1示出了本发明基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置的原理结构示意图，如图1所示，所述四倍频微波信号产生装置包括：激光源1、偏振调制器2、3dB光耦合器3、光电振荡环路和上支路，其中：
所述激光源1用于输出稳定的光载波给偏振调制器2；
其中，所述激光源1可以为半导体激光器或光纤激光器等激光源。
所述偏振调制器2用于基于所述激光源1产生的光载波和微波调制信号产生正交偏振的光载波与光边带，并将得到的光信号发送给3dB光耦合器3；
其中，所述微波调制信号由光电振荡器环路中震荡产生，所述微波调制信号的大小由光电振荡器环路中电带通滤波器9的带宽决定。
其中，所述偏振调制器2可以由高非线性光纤以及非线性半导体光放大器替代。
所述3dB光耦合器3用于将接收到的光信号分成两路输出，一路输出给光电振荡环路，用于产生一倍频的电信号；一路输出给上支路，用于产生四倍频微波信号。
其中，所述光电振荡环路由偏振控制器4、起偏器5、可调谐光放大器6、光电探测器7、电放大器8和电带通滤波器9组成的环路形成，用于产生稳定的微波调制信号输出给所述偏振调制器2，其中：
所述偏振控制器4用于控制光电振荡环路内输入光的偏振态，通过与起偏器5的联合作用，改变光电振荡环路中光信号的光功率；
所述起偏器5用于将偏振控制器4输出的光信号投影到一个偏振态输出；
所述可调谐光放大器6用于可调谐的控制光电振荡环路中光信号的功率，进一步改变光电振荡器环路产生的电信号的功率，从而实现偏振调制器4的大信号调制，进而实现载波抑制；
所述光电探测器7用于将可调谐光放大器6输出的光信号转换为电信号输出给电放大器8；
所述电放大器8用于将输入电信号进行进一步放大输出，用于满足环内增益；所述电带通滤波器9用于对于电放大器8输出的电信号进行过滤，得到想要频段的微波信号，并将其输出给偏振调制器2作为微波调制信号，所得到的微波调制信号在光电振荡环路中滤出电噪声，经过多次循环振荡放大，产生低相位噪声的微波信号。
其中，所述电带通滤波器9可以由相移光纤布拉格光栅代替。
所述上支路由偏振控制器10、起偏器11、光带通滤波器12和光电探测器13构成，用于产生四倍频微波信号，其中：
所述偏振控制器10用于控制上支路的光偏振态，通过调节偏振控制器10的偏振态使得光信号的奇数阶光边带的偏振态与起偏器11的偏振方向垂直输入；
所述起偏器11用于将偏振控制器10输出的光信号投影到一个偏振态输出，实现偶数阶光边带输出，其中，奇数阶光边带被滤除；
其中，所述偏振控制器10和起偏器11联合起来实现光信号奇数阶边带的输出抑制。
所述光带通滤波器12用于将偶数阶边带中的3阶边带及以上的光边带滤除，即将不需要的光边带滤除；
通过调节所述光带通滤波器12的带宽，可以滤得正负二阶边带，从而产生四倍频微波信号。
所述光电探测器13用于将光带通滤波器12输出的光信号转换为电信号四倍频微波信号。
本发明提出的上述技术方案能够产生四倍频稳定的微波信号，稳定必然要求产生的微波信号的相位噪声低，本技术方案基于光电振荡器产生微波信号，使得相位噪声大大降低，仅通过单个偏振调制器就可产生四倍频微波信号，系统实现简单，功耗降低。
图2示出了利用本发明装置产生的四倍频微波信号的光谱偏振态示意图，从图2中可以看出，通过偏振调制器后，能够实现载波边带偏振态垂直，通过这一性质，通过调节偏振控制器，经过在线起偏器，可以实现奇数阶边带滤除；在大信号调制下，能够实现载波抑制调制，从而得到四倍频微波信号。
图3示出了利用本发明装置产生的四倍频微波信号的频谱图。
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，所应理解的是，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 (9)

1.一种基于光电振荡器的四倍频微波信号产生装置，其特征在于，该装置包括：激光源(1)、偏振调制器(2)、3dB光耦合器(3)、光电振荡环路和上支路，其中：
所述激光源(1)用于输出稳定的光载波给偏振调制器(2)；
所述偏振调制器(2)用于基于所述激光源(1)产生的光载波和微波调制信号产生正交偏振的光载波与光边带，并将得到的光信号发送给3dB光耦合器(3)；
所述3dB光耦合器(3)用于将接收到的光信号分成两路输出，一路输出给光电振荡环路，用于产生一倍频的电信号；一路输出给上支路，用于产生四倍频微波信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光源(1)为半导体激光器或光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振调制器(2)由高非线性光纤以及非线性半导体光放大器替代。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电振荡环路由偏振控制器(4)、起偏器(5)、可调谐光放大器(6)、光电探测器(7)、电放大器(8)和电带通滤波器(9)组成的环路形成，用于产生微波调制信号输出给所述偏振调制器(2)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述偏振控制器(4)用于控制光电振荡环路内输入光的偏振态，与所述起偏器(5)联合改变光电振荡环路中光信号的光功率；
所述起偏器(5)用于将偏振控制器(4)输出的光信号投影到一个偏振态输出；
所述可调谐光放大器(6)用于可调谐的控制光电振荡环路中光信号的功率；
所述光电探测器(7)用于将可调谐光放大器(6)输出的光信号转换为电信号输出给电放大器(8)；
所述电放大器(8)用于将输入电信号进行放大输出；
所述电带通滤波器(9)用于对于电放大器(8)输出的电信号进行过滤，得到需要频段的微波信号，并将其输出给偏振调制器(2)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电带通滤波器(9)由相移光纤布拉格光栅代替。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微波调制信号的大小由所述电带通滤波器(9)的带宽决定。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上支路由偏振控制器(10)、起偏器(11)、光带通滤波器(12)和光电探测器(13)构成，用于产生四倍频微波信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述偏振控制器(10)用于控制上支路的光偏振态，以使光信号的奇数阶光边带的偏振态与起偏器(11)的偏振方向垂直输入；
所述起偏器(11)用于将偏振控制器(10)输出的光信号投影到一个偏振态输出，滤除奇数阶光边带，输出偶数阶光边带；
所述光带通滤波器(12)用于将偶数阶边带中的3阶边带及以上的光边带滤除，输出正负二阶边带；
所述光电探测器(13)用于将光带通滤波器(12)输出的光信号转换为电信号，得到四倍频微波信号。
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