CN104701723A - 一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法及装置 - Google Patents

一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法及装置 Download PDF

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本发明涉及一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法及装置，包括第一激光器、第二激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、调制器、第一环形器、第二环形器、储能元件、隔离器、光电探测器、放大器和耦合器，通过控制第一激光器的波长和功率来调节输出微波信号的频率。本发明设计出的微波信号的装置与方法不仅能够产生高精度微波信号，而且能够获得带宽可调谐微波信号；在本发明大大降低了电磁干扰等，且具有体积小、精度高、成本低廉和结构简单的优点。

Description

一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法及装置
技术领域
本发明涉及基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法与装置，主要应用于通信系统、传感网系统及微波光子学等技术领域。
背景技术
目前，在卫星通信系统、雷达系统、传感系统、高精度测量和精密仪器等应用中，都需要高质量的微波信号源。传统的微波信号源一般采用声储能元件或者微波储能元件构成谐振腔，但是利用这些方法只能获得低频信号的高品质因子谐振点，而在高频波段将会产生较高的相位噪声。在随着信息技术的快速发展以及数据业务迅速的增长，对带宽的需求随之增加。但是，基于数字电子的技术已经逼近电子器件的处理极限，进一步提高设备处理速度的难度越来越大，出现了带宽的限制和交换系统的电子瓶颈等问题，因此，提出了建立全光信息系统的要求。为了解决这一问题，在1996年，X.Steve Yao等人首次提出了光电振荡器产生微波信号的方法，该方法是利用光电谐振腔储存能量，能够产生高Q值、低相位噪声的微波信号，与传统的微波振荡器相比，光电振荡器在高频信号源的领域更具有优势，因此，引起研究人员的高度重视。它的基本结构是利用光源、储能元件、调制器、探测器和滤波器等所构成的一个反馈回路，利用长光纤的储能能力实现微波信号产生。如王礼贤等提出的发明专利宽带频率可调谐光电振荡器，申请号: CN201110062126，采用法布里帕罗标准具和两个光纤耦合器共同构成光子微波滤波器，将其应用到光电振荡器中，实现了对光电振荡器的大范围连续调谐，江阳等提出的发明专利基于半导体多纵模激光器的光电振荡器，公开号：CN102946050A，利用半导体多纵模激光器形成一个半导体F-P腔激光器，结合强度调制器实现微波信号输出。目前，光电振荡器系统在实用性上尚有需要改进之处，组成系统的各个部分虽然可以有替代方案，但是大多相互独立，难以整合，因此，从系统结构和成本上看不易优化。目前，光电振荡器的储能元件几本上都是利用较长的光纤进行储能，长光纤虽然能在环路内存储更多的光场能量，提高产生信号的品质，但是，较长的光纤储能元件使得光电振荡器的体积庞大，易受外部环境影响，边模噪声难以被滤波器滤除等问题，这些缺点限制了在卫星通信、雷达系统等微波系统中的应用。
发明内容
本发明目的是：为了获得高精度宽带可调谐的微波信号，以及适用于小型化和高集成化发展等问题，本发明提供一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法与装置，该装置利用新颖的储能元件提高了系统的品质因子，大大降低了系统的体积。提出的装置与方法不仅能够产生高频微波信号，而且能够获得高精度可调谐的微波信号源。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法，其特征在于，第一激光器(101)产生的激光经第一偏振控制器(102)进入到调制器(103)的输入端，被调制后的输出光经第一环形器(104)的第一个端口进入，经第一环形器(104)的第二个端口和第二偏振控制器(105)后进入第二激光器(106)中，激光信号在第二激光器(106)中注入锁定后按照原线路返回，经第二偏振控制器(105)进入第一环形器(104)的第二端口，再经第一环形器(104)的第三端口输出，进入第二环形器(107)的第一个端口，从第二环形器(107)的第二个端口输出后经第三偏振控制器(108)进入储能元件(109)中，储能元件(109)中的背向布里渊散射信号按照原路返回，经第二环形器(107)的第三端口输出，输出信号进入隔离器(110)，从隔离器(110)输出的信号通过光电探测器(111)转换为电信号，该电信号被放大器(112)放大后经耦合器(113)分成两束信号，其中一路信号驱动调制器(103)，另一路信号作为微波信号输出。
进一步的，所述第一激光器(101)为可调谐单频激光器，所述第二激光器(106)为直接调制分布反馈式(DFB)激光器，所述储能元件(109)为硅基的储能元件或光纤基的储能元件；所述光电探测单元(111)为光电探测器或平衡探测器。
进一步的，所述微波信号的可调谐性，通过调节第一激光器(101)的泵浦波长、功率来获得可调谐的微波信号。
进一步的，所述微波信号的可调谐性，通过调节储能元件(109)的布里渊频移来获得可调谐的微波信号，改变布里渊频移可以通过温度控制装置、应力控制装置，或者改变储能元件的半径中的一种或多种来实现。
进一步的，通过改变储能元件(109)中增益介质的种类获得可调谐的微波信号。
另外提供一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的装置，其特征在于，包括第一激光器(101)、第二激光器(106)、第一偏振控制器(102)、第二偏振控制器(105)、第三偏振控制器(108)、调制器(103)、第一环形器(104)、第二环形器(107)、储能元件(109)、隔离器(110)、光电探测器(111)、放大器(112)和耦合器(113)，所述第一激光器(101)产生的激光经第一偏振控制器(102)进入到调制器(103)的输入端，被调制后的输出光经第一环形器(104)的第一个端口进入，经第一环形器(104)的第二个端口和第二偏振控制器(105)后进入第二激光器(106)中，激光信号在第二激光器(106)中注入锁定后按照原线路返回，经第二偏振控制器(105)进入第一环形器(104)的第二端口，再经第一环形器(104)的第三端口输出，进入第二环形器(107)的第一个端口，从第二环形器(107)的第二个端口输出后经第三偏振控制器(108)进入储能元件(109)中，储能元件(109)中的背向布里渊散射信号按照原路返回，经第二环形器(107)的第三端口输出，输出信号进入隔离器(110)，从隔离器(110)输出的信号通过光电探测器(111)转换为电信号，该电信号被放大器(112)放大后经耦合器(113)分成两束信号，其中一路信号驱动调制器(103)，另一路信号作为微波信号输出。
进一步的，所述第一激光器(101)为可调谐单频激光器，所述第二激光器(106)为直接调制分布反馈式(DFB)激光器，所述储能元件(109)为硅基的储能元件或光纤基的储能元件；所述光电探测单元(111)为光电探测器或平衡探测器。
进一步的，所述微波信号的可调谐性，通过调节第一激光器(101)的泵浦波长、功率来获得可调谐的微波信号。
进一步的，所述微波信号的可调谐性，通过调节储能元件(109)的布里渊频移来获得可调谐的微波信号，改变布里渊频移可以通过温度控制装置、应力控制装置，或者改变储能元件的半径中的一种或多种来实现。
进一步的，通过改变储能元件(109)中增益介质的种类获得可调谐的微波信号。
本发明的有益效果是：本发明提出的一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法与装置，通过控制主激光器的波长和功率来调节输出微波信号的频率。本发明设计出的微波信号的装置与方法不仅能够产生高精度微波信号，而且能够获得带宽可调谐微波信号；在本发明大大降低了电磁干扰等，且具有体积小、精度高、成本低廉和结构简单的优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明实施例一的结构示意图。
图3是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明和描述。
实施例一：本实施例提供一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法及装置。如图2所示，本实施例包括安捷伦窄线宽可调谐激光器200，其输出的光经偏振控制器202后进入photoline电光调制器203(MX-LN-20)，被调制后的输出光经环形器204的第一个端口进入环形器，经环形器204的第二个端口和偏振控制器205后进入DFB激光器206中(DFB-BTF-HP)，该激光信号在DFB激光器206中注入锁定后按照原线路返回，经偏振控制器205进入环形器204的第二端口，再经环形器204的第三端口输出，进入环形器207的第一个端口，从环形器207的第二个端口输出后经偏振控制器208进入储能元件209，该储能元件为硅基楔形盘谐振器，被调制后的信号光在储能元件209中的背向布里渊散射信号按照原路返回经环形器207的第三端口输出，为了信号的反向传输损坏器件，增加了隔离器210，从隔离器210输出的信号通过高频探测器(u2t XPDV2120R)211转换为电信号，该电信号被放大器212放大后经耦合器213分成两束信号，其中一路信号驱动调制器203，另一路信号作为微波信号输出。输出信号经安捷伦频谱分析仪进行测量分析，调节激光器200的波长和功率获得可调谐的微波信号。
实施例二：本实施例提供一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法及装置。如图3所示，本实施例包括安捷伦窄线宽可调谐激光器300，其输出的光经偏振控制器302后进入photoline电光调制器303(MX-LN-20)，被调制后的输出光经环形器304的第一个端口进入环形器，经环形器304的第二个端口和偏振控制器305后进入DFB激光器306中(DFB-BTF-HP)，该激光信号在DFB激光器306中注入锁定后按照原线路返回，经偏振控制器305进入环形器304的第二端口，再经环形器304的第三端口输出，进入环形器307的第一个端口，从环形器307的第二个端口输出后经偏振控制器308进入储能元件309，该储能元件为光纤基的环状谐振器，半径为2cm，被调制后的信号光在储能元件309中的背向布里渊散射信号按照原路返回经环形器307的第三端口输出，为了信号的反向传输损坏器件，增加了隔离器310，从隔离器310输出的信号通过高频探测器(u2t XPDV2120R)311转换为电信号，该电信号被放大器312放大后经耦合器313分成两束信号，其中一路信号驱动调制器303，另一路信号作为微波信号输出。输出信号经安捷伦频谱分析仪进行测量分析，调节激光器300的波长和功率获得可调谐的微波信号。
虽然本发明通过具体实施例进行了描述，但具体实施例和附图并非用来限定本发明。本领域技术人员可在本发明的精神的范围内，做出各种变形和改进，所附的权利要求已包括这些变形和改进。

Claims (10)

1.一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法，其特征在于，第一激光器(101)产生的激光经第一偏振控制器(102)进入到调制器(103)的输入端，被调制后的输出光经第一环形器(104)的第一个端口进入，经第一环形器(104)的第二个端口和第二偏振控制器(105)后进入第二激光器(106)中，激光信号在第二激光器(106)中注入锁定后按照原线路返回，经第二偏振控制器(105)进入第一环形器(104)的第二端口，再经第一环形器(104)的第三端口输出，进入第二环形器(107)的第一个端口，从第二环形器(107)的第二个端口输出后经第三偏振控制器(108)进入储能元件(109)中，储能元件(109)中的背向布里渊散射信号按照原路返回，经第二环形器(107)的第三端口输出，输出信号进入隔离器(110)，从隔离器(110)输出的信号通过光电探测器(111)转换为电信号，该电信号被放大器(112)放大后经耦合器(113)分成两束信号，其中一路信号驱动调制器(103)，另一路信号作为微波信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法，其特征在于，所述第一激光器(101)为可调谐单频激光器，所述第二激光器(106)为直接调制分布反馈式(DFB)激光器，所述储能元件(109)为硅基的储能元件或光纤基的储能元件；所述光电探测单元(111)为光电探测器或平衡探测器。
3.根据权利要求1所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法，其特征在于：所述微波信号的可调谐性，通过调节第一激光器(101)的泵浦波长、功率来获得可调谐的微波信号。
4.根据权利要求1所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法，其特征在于：所述微波信号的可调谐性，通过调节储能元件(109)的布里渊频移来获得可调谐的微波信号，改变布里渊频移可以通过温度控制装置、应力控制装置，或者改变储能元件的半径中的一种或多种来实现。
5.根据权利要求1所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的方法，其特征在于：通过改变储能元件(109)中增益介质的种类获得可调谐的微波信号。
6.一种基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的装置，其特征在于，包括第一激光器(101)、第二激光器(106)、第一偏振控制器(102)、第二偏振控制器(105)、第三偏振控制器(108)、调制器(103)、第一环形器(104)、第二环形器(107)、储能元件(109)、隔离器(110)、光电探测器(111)、放大器(112)和耦合器(113)，所述第一激光器(101)产生的激光经第一偏振控制器(102)进入到调制器(103)的输入端，被调制后的输出光经第一环形器(104)的第一个端口进入，经第一环形器(104)的第二个端口和第二偏振控制器(105)后进入第二激光器(106)中，激光信号在第二激光器(106)中注入锁定后按照原线路返回，经第二偏振控制器(105)进入第一环形器(104)的第二端口，再经第一环形器(104)的第三端口输出，进入第二环形器(107)的第一个端口，从第二环形器(107)的第二个端口输出后经第三偏振控制器(108)进入储能元件(109)中，储能元件(109)中的背向布里渊散射信号按照原路返回，经第二环形器(107)的第三端口输出，输出信号进入隔离器(110)，从隔离器(110)输出的信号通过光电探测器(111)转换为电信号，该电信号被放大器(112)放大后经耦合器(113)分成两束信号，其中一路信号驱动调制器(103)，另一路信号作为微波信号输出。
7.根据权利要求6所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的装置，其特征在于，所述第一激光器(101)为可调谐单频激光器，所述第二激光器(106)为直接调制分布反馈式(DFB)激光器，所述储能元件(109)为硅基的储能元件或光纤基的储能元件；所述光电探测单元(111)为光电探测器或平衡探测器。
8.根据权利要求6所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的装置，其特征在于：所述微波信号的可调谐性，通过调节第一激光器(101)的泵浦波长、功率来获得可调谐的微波信号。
9.根据权利要求6所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的装置，其特征在于：所述微波信号的可调谐性，通过调节储能元件(109)的布里渊频移来获得可调谐的微波信号，改变布里渊频移可以通过温度控制装置、应力控制装置，或者改变储能元件的半径中的一种或多种来实现。
10.根据权利要求6所述的基于布里渊散射光电振荡器的可调微波信号产生的装置，其特征在于：通过改变储能元件(109)中增益介质的种类获得可调谐的微波信号。
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Denomination of invention: A Method and Device for Generating Adjustable Microwave Signal Based on Brillouin Scattering Optoelectronic Oscillator

Granted publication date: 20180413

License type: Common License

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Denomination of invention: A Method and Device for Generating Adjustable Microwave Signal Based on Brillouin Scattering Optoelectronic Oscillator

Granted publication date: 20180413

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