CN104166290B - 基于soa的交叉偏振调制效应的宽带移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器，其中，偏振调制器(c)接收激光源(a)输出的光信号和微波源(b)输出的微波信号，并对光信号进行两个垂直偏振态的相位调制；光放大器(d)调制后的光信号；可调谐光衰减器(e)调谐光信号的功率；第一偏振控制器(f)控制光信号的偏振态；SOA(g)对光信号进行交叉偏振调制；光带通滤波器(h)对光信号进行滤波，输出光载波和正一阶边带；第二偏振控制器(i)使光载波与正一阶边带的偏振态分别与光起偏器是成一夹角；光起偏器(j)将光载波与正一阶边带投影到一个偏振方向上；光电探测器(k)将光载波与正一阶边带的拍频信号转换为电信号。本发明结构简单，调相速度快。

Description

基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器
技术领域
本发明属于微波光子学领域，具体涉及一种基于SOA(半导体光放大器)的交叉偏振调制效应的宽带移相器。
背景技术
移相器是一种通用的微波器件，在雷达与通信系统、微波仪器与测量系统方面得到广泛的关注与应用，它的优越性尤其体现在相控阵雷达中。移相器的主要功能是改变微波信号的相位，成为相控阵雷达中的关键器件之一。相控阵雷达实现了波束空间扫描无惯性、边扫描边跟踪与多目标跟踪等功能，从而大大提高了系统的精度与可靠性。
基于微波光子学的衍生的微波光子移相器近年来得到很多科研工作者的重视与关注，主要的技术方案有基于双平衡马赫-增德尔强度调制器的调制产生，基于双驱动强度调制器的调制产生等。然而，这种基于调制器产生的方案的调相速度慢，并且移相器的带宽受限于系统的电子器件的带宽的程度很大。
为了解决上述技术瓶颈，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
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的是光控相控雷达中的微波光子移相器的移相带宽问题，传统的微波光子移相器带宽受限于光调制器调制带宽、光电探测器带宽等因素。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种交叉偏振调制效应的宽带移相器，包括激光源、微波源、偏振调制器、光放大器、可调谐光衰减器、第一偏振控制器、半导体光放大器、光带通滤波器、第二偏振控制器、光起偏器和光电探测器，其中，所述激光源用于产生并输出光信号；所述微波源用于产生并输出微波信号；所述偏振调制器用于接收所述激光源输出的光信号和微波源输出的微波信号，并对所述光信号进行两个垂直偏振态的相位调制；所述光放大器用于放大由所述偏振调制器调制后的光信号；所述可调谐光衰减器用于调谐所述由光放大器放大的光信号的功率，使该功率在一定范围内变化；所述第一偏振控制器用于控制所述由可调谐光衰减器输出的光信号的偏振态；所述半导体光放大器用于对所述第一偏振控制器输出的光信号进行交叉偏振调制；所述光带通滤波器用于对半导体光放大器输出的光信号进行滤波，输出光载波和正一阶边带；所述第二偏振控制器用于控制所述光载波与所述正一阶边带的偏振态，使所述光载波与所述正一阶边带的偏振态分别与所述光起偏器是成一夹角；所述光起偏器用于将所述光载波与所述正一阶边带投影到一个偏振方向上；所述光电探测器用于将所述光载波与所述正一阶边带的拍频信号转换为包含两者之间相位关系的电信号。
根据本发明的一种具体实施方式，所述偏振调制器对输入光信号存在调制系数相反的两个方向上的调制，调制后的光载波和一阶边带分布在垂直的两个偏振态上。
根据本发明的一种具体实施方式，所述光放大器放大光信号以满足输入到所述半导体光放大器中的光信号功率在该半导体光放大器的增益饱和区。
根据本发明的一种具体实施方式，所述光放大器是掺铒光纤。
根据本发明的一种具体实施方式，所述第一偏振控制器用于控制所述光载波的偏振态与所述半导体光放大器的偏振态的关系。
根据本发明的一种具体实施方式，经过所述半导体光放大器的交叉偏振调制，所述光信号输入的光载波与一阶边带分别对准所述半导体光放大器的慢轴和快轴。
(三)有益效果
本发明提出的基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器结构简单，通过光控实现了宽带微波光子移相，调相速度快。
附图说明
图1是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器的结构示意图；
图2是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器的偏振调制器偏振态以及SOA中偏振态示意图；
图3是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器中的SOA的饱和增益曲线示意图；
图4是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器的宽频率范围移相图。
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是本发明的基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器的结构示意图。如图1所示，该基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器包括激光源a、微波源b、偏振调制器c、光放大器d、可调谐光衰减器e、第一偏振控制器f、SOA(半导体光放大器)g、光带通滤波器h、第二偏振控制器i、光起偏器j、光电探测器k。
所述激光源a用于产生并输出光信号。
所述微波源b用于产生并输出微波信号。
所述偏振调制器c用于接收所述激光源a输出的光信号和微波源b输出的微波信号，并对光信号进行两个垂直偏振态的相位调制，由于偏振调制器的特性，偏振调制器c对输入光信号存在调制系数相反的两个方向上的调制，经过偏振调制器c调制后的信号光载波和一阶边带分布在垂直的两个偏振态。
所述光放大器d用于放大由所述偏振调制器c调制后的光信号。所述光放大器可以是掺饵光纤。光放大器d放大光信号以满足输入到SOA中的光信号功率在SOA的增益饱和区，从而避免SOA中的交叉增益调制效应出现。
所述可调谐光衰减器e用于调谐所述由光放大器d放大的光信号的功率，使该功率在一定范围内变化，所述一定范围是指满足在半导体放大器中产生交叉偏振调制效应的功率值。
所述第一偏振控制器f用于控制所述由可调谐光衰减器e输出的光信号的偏振态，包括控制光载波的偏振态与半导体光放大器(SOA)g的偏振态的关系。
所述半导体光放大器(SOA)g用于对第一偏振控制器f输出的光信号进行交叉偏振调制。交叉偏振调制是指在高非线性介质中产生的一种基于三阶非线性效应在非线性介质中引起的两个偏振方向上的相位调制。经过所述交叉偏振调制，该光信号输入的光载波与一阶边带分别对准SOA的慢轴和快轴，也就是产生不同的相位调制。半导体光放大器的增益曲线随着入射功率的增大，输出功率达到饱和，该区域即为增益饱和区域。在这里严格控制输入信号的光功率，保证进入SOA中的光功率在SOA的饱和区，从而避免交叉增益调制
所述光带通滤波器h用于对半导体光放大器g输出的光信号进行滤波，输出光载波和正一阶边带。所述光载波已经经过SOA的慢轴的相位调制，所述正一阶边带经过SOA的快轴的相位调制。
所述第二偏振控制器i用于控制所述光载波与所述正一阶边带的偏振态，使所述光载波与所述正一阶边带的偏振态分别与所述光起偏器j成一夹角。
所述光起偏器j用于将所述光载波与所述正一阶边带投影到一个偏振方向上。
所述光电探测器k用于将所述光载波与所述正一阶边带的拍频信号转换为包含两者之间相位关系的电信号。
如前所述，激光源产生的光信号经过偏振调制器c调制后产生偏振态垂直的光载波与边带，调制后的光信号输入给光放大器d进行功率放大，从而使该光信号的功率位于在SOA的饱和增益区，从而可以使SOA中产生交叉偏振调制效应，对输入的光信号进行两个偏振模式(TE、TM)上的相位调制；
可通过调节第一偏振控制器f，改变输入到SOA的光信号的偏振态，从而决定SOA中产生的TE与TM模式的偏振态；在保证输入光功率满足在SOA的增益饱和区的前提下，通过可调谐光衰减器e的调谐作用，改变输入到SOA中的光信号功率大小，从而改变输入光功率大小，改变TE和TM两模式的相位差，这时的输入光信号中包含偏振态垂直的光载波和正一阶边带，也就会等效的改变光载波和正一阶边带的相位差，经过光滤波器滤出光载波和正一阶边带，通过调节第二偏振控制器i，改变光载波与正一阶边带的偏振态进入到起偏器的方向，从而改变载波与正一阶边带在起偏器方向上的功率比。
图2是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器的偏振调制器偏振态以及SOA中偏振态示意图。如图2(a)中所示，经过偏振调制器调制后的光载波与正一阶边带的偏振态分别如图箭头所指方向，经过半导体光放大器的交叉偏振调制效应产生的TE和TM模式的偏振态方向如图2(b)，这里的TE、TM模式方向可以理解为在SOA中产生的偏振态相互垂直的两个方向的相位调制系数。光载波和正一阶边带经过SOA中的交叉偏振调制效应作用如图2(c)所示，最终改变光载波与正一阶边带的相位差，从而实现移相的目的。
图3是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器中的SOA的饱和增益曲线示意图。如图3中所示，半导体光放大器的增益曲线随着入射功率的增大，输出功率达到饱和，该区域即为增益饱和区域。
图4是基于SOA的交叉偏振调制效应的宽带移相器的宽频率范围移相图。该图显示了在很宽频率范围内，可以实现从0度到360度的移相器。从图中可看出，本发明的优点在于利用全光的方法实现宽带移相器，所以突破了传统移相器带宽受限于电子器件瓶颈的障碍。
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 (6)

1.一种交叉偏振调制效应的宽带移相器，包括激光源(a)、微波源(b)、偏振调制器(c)、光放大器(d)、可调谐光衰减器(e)、第一偏振控制器(f)、半导体光放大器(g)、光带通滤波器(h)、第二偏振控制器(i)、光起偏器(j)和光电探测器(k)，其中，
所述激光源(a)用于产生并输出光信号；
所述微波源(b)用于产生并输出微波信号；
所述偏振调制器(c)用于接收所述激光源(a)输出的光信号和微波源(b)输出的微波信号，并对所述光信号进行两个垂直偏振态的相位调制；
所述光放大器(d)用于放大由所述偏振调制器(c)调制后的光信号；
所述可调谐光衰减器(e)用于调谐所述由光放大器(d)放大的光信号的功率，使该功率在一定范围内变化，所述一定范围是指满足在半导体放大器中产生交叉偏振调制效应的功率值；
所述第一偏振控制器(f)用于控制所述由可调谐光衰减器(e)输出的光信号的偏振态；
所述半导体光放大器(g)用于对所述第一偏振控制器(f)输出的光信号进行交叉偏振调制；
所述光带通滤波器(h)用于对半导体光放大器(g)输出的光信号进行滤波，输出光载波和正一阶边带；
所述第二偏振控制器(i)用于控制所述光载波与所述正一阶边带的偏振态，使所述光载波与所述正一阶边带的偏振态分别与所述光起偏器是成一夹角；
所述光起偏器(j)用于将所述光载波与所述正一阶边带投影到一个偏振方向上；
所述光电探测器(k)用于将所述光载波与所述正一阶边带的拍频信号转换为包含两者之间相位关系的电信号。
2.如权利要求1所述的交叉偏振调制效应的宽带移相器，其特征在于，所述偏振调制器(c)对输入光信号存在调制系数相反的两个方向上的调制，调制后的光载波和一阶边带分布在垂直的两个偏振态上。
3.如权利要求1所述的交叉偏振调制效应的宽带移相器，其特征在于，所述光放大器(d)放大光信号以满足输入到所述半导体光放大器(g)中的光信号功率在该半导体光放大器(g)的增益饱和区。
4.如权利要求2或3所述的交叉偏振调制效应的宽带移相器，其特征在于，所述光放大器(d)是掺铒光纤。
5.如权利要求1所述的交叉偏振调制效应的宽带移相器，其特征在于，所述第一偏振控制器(f)用于控制所述光载波的偏振态与所述半导体光放大器(g)的偏振态的关系。
6.如权利要求1所述的交叉偏振调制效应的宽带移相器，其特征在于，经过所述半导体光放大器(g)的交叉偏振调制，所述光信号输入的光载波与一阶边带分别对准所述半导体光放大器(g)的慢轴和快轴。
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