CN104733985A - 基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置 - Google Patents

Abstract

一种基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，包括依序按预定顺序连接的：锁模脉冲激光器；第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控制器、第五偏振控制器和第六偏振控制器，其输入端与锁模脉冲激光器的输出端连接，用于调节脉冲激光器输出脉冲光的偏振态；第一起偏器和第二起偏器；第一环形器、第二环形器、第三环形器和第四环形器；第一保偏光纤和第二保偏光纤；相位调制器；偏置控制；色散元件；光电探测器及采样示波器，本发明可以克服传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁干扰等方面的劣势，并突破电子技术产生高频任意波形微波脉冲信号的瓶颈。

Description

基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，更具体的说是一种基于时频映射产生任意波形，一种基于利奥光滤波器产生相位以及脉宽可调谐微波脉冲信号的装置。

背景技术

近几年，基于光子技术产生任意波形微波信号吸引了广泛的关注，其中包括现代雷达和天线、射频通信系统、电子测试系统、电子对抗系统、以及全光信号处理和操纵等领域，微波技术与光子技术相互融合成为科技进步的必然趋势。利用光子技术产生微波信号克服传统利用电子技术产生微波信号的局限。其中，频率向时间映射是光子技术产生任意波形微波信号的一项关键技术。频率向时间映射产生任意波形微波信号已经积累了广泛的研究基础，但是，截止到目前并未有基于全光技术产生相位以及脉宽可调谐的微波脉冲信号。

综上所述，为了填补相关领域的技术空缺，本专利提出奥光滤波器产生相位以及脉宽可调谐微波脉冲信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，以克服传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁干扰等方面的劣势，并突破电子技术产生高频任意波形微波脉冲信号的瓶颈。

为达到上述目的，本发明提供一种基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，包括：

一锁模脉冲激光器，用于产生所需要的宽谱光信号；

一第一偏振控制器，其输入端与锁模脉冲激光器的输出端连接，用于调节脉冲激光器输出脉冲光的偏振态；

一第一起偏器，其输入端与第一偏振控制器的输出端连接，用于将脉冲调制器输出的光信号起偏于一个方向；

一第二偏振控制器，其输入端与第一起偏器的输出端连接，用于调节第一起偏器输出光信号的偏振方向；

一第一环形器，其端口1与偏振控制器的输出端相连；

一第三偏振控制器，其输入端与第一环形器的端口2连接，用于控制环形器输出光信号的偏振方向；

一第一保偏光纤，其一端与第三偏振控制器的输出端连接，用于产生延时差从而产生可控自由光谱范围的光滤波器；

一第二环形器，其输入端口2与第一保偏光纤的另一端相连；

一第四偏振控制器，其输入端与第二环形器的输出端口3连接，其输出端与第二环形器的控制端连接，用于控制反射光信号的偏振态从而可重构的调节光滤波器的自由光谱范围；

一第三环形器，其端口1与第一环形器的端口3连接；

一第五偏振控制器，其输入端与第三环形器的端口2连接，用于控制光信号的偏振方向，从而实现不同自由光谱范围的光滤波器；

一第二保偏光纤，其输入端与第五偏振控制器的输出端连接，用于产生延时差；

一第四环形器，其输入端2与第二保偏光纤的另一端连接；

一第六偏振控制器，其输入端与第四环形器的输出端口3连接，其输出端口与第二环形器的输出端口1连接，用于调节逆向传播光信号的偏振态；

一相位调制器，其输入端口与第三环形器的端口3连接，用于调节光滤波器的相位；

一偏置控制，其输入端与偏振控制器的端口2连接，用于控制相位调制器引入的相位；

一第二起偏器，其输入端与相位调制器的输出端口3连接，其偏振方向与第一起偏器的偏振方向平行；

一色散元件，其输入端与第二起偏器的输出端连接，用于将光滤波器的输出的光谱映射到时域转化为电域；

一光电探测器，其输入端与色散元件的输出端连接，用于将光信号转化为电信号；

一采样示波器，其输入端与光电探测器的输出端连接，用于测量产生的微波信号，观测产生的微波信号的时域波形。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，由于采用光信号处理的方案所以克服了传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁干扰等方面的劣势，并突破了电子技术产生高频任意波形微波脉冲信号的瓶颈。

2、本发明提供的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，由于利用相位调制器实现相移所以结构简单，长期稳定性好，成本低，响应速度快，功率损耗小，可以产生任意高频任意波形微波信号，产生的微波信号为高频、宽带可调谐、形状任意，可以实现与全光网络以及光载射频网络兼容；该方案的相关器件都为市场可以购买的器件，故该方案可以实现实用化，结构稳定，成本低廉。

附图说明

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，其中：

图1是本发明提供的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置的结构示意图；

图2是本发明提供的脉冲宽谱光源经过利奥光滤波器滤波之后的光谱图；

图3是本发明提供的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置产生的脉冲微波信号实验结果的类似图。

具体实施方式

本发明提供的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，利奥光滤波器实质是一种带通响应的光滤波器，该光滤波器的自由光谱范围通过调节光信号的偏振方向来控制，实质上是控制光信号的偏振方向与保偏光纤的夹角。通过控制相位调制器的偏置电压可以实现光滤波器的相位可调谐，经过光滤波之后的光脉冲入射到色散元件实现频率向时间映射，经过光电转换之后产生相位可调谐的微波信号。

如图1所示，图1是本发明提供的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置的结构示意图，该装置包括一锁模脉冲激光器1、第一偏振控制器2、起偏器3、第二偏振控制器4、环形器5、第三偏振控制器6、保偏光纤7、环形器8、第四偏振控制器9、环形器10、第五偏振控制器11、保偏光纤12、环形器13、第六偏振控制器14、相位调制器15、偏置控制16、起偏器17、色散元件18、光电探测器19、采样示波器20。锁模脉冲激光器1，用于产生所需要的宽谱光信号；第一偏振控制器2，其输入端与锁模脉冲激光器1的输出端连接，用于调节脉冲激光器1输出脉冲光的偏振态；第一起偏器3，其输入端与第一偏振控制器2的输出端连接，用于将脉冲调制器输出的光信号起偏于一个方向；第二偏振控制器4，其输入端与第一起偏器3的输出端连接，用于调节第一起偏器3输出光信号的偏振方向；第一环形器5，其端口1与偏振控制器4的输出端相连；第三偏振控制器6，其输入端与第一环形器5的端口2连接，用于控制环形器5输出光信号的偏振方向；第一保偏光纤7，其一端与第三偏振控制器6的输出端连接，用于产生延时差从而产生可控自由光谱范围的光滤波器；第二环形器8，其输入端2与第一保偏光纤7的另一端相连；第四偏振控制器9，其输入端与第二环形器8的输出端3连接，其输出端口与第二环形器8的输出端1连接，用于控制反射光信号的偏振态从而可重构的调节光滤波器的自由光谱范围；第三环形器10，其端口1与第一环形器5的端口3连接；第五偏振控制器11，其输入端与第三环形器10的端口2连接，用于控制光信号的偏振方向，从而实现不同自由光谱范围的光滤波器；第二保偏光纤12，其输入端与第五偏振控制器11的输出端连接，用于产生延时差；第四环形器13，其输入端2与第二保偏光纤12的另一端连接；第六偏振控制器14，其输入端与第四环形器13的输出端3连接，其输出端口与第二环形器13的输出端1连接，用于调节逆向传播光信号的偏振态；相位调制器15，其输入端口与第三环形器10的端口3连接，用于调节光滤波器的相位；偏置控制16，其输入端与偏振控制器15的端口2连接，用于控制相位调制器引入的相位；第二起偏器17，其输入端与相位调制器15的输出端口3连接，其偏振方向与第一起偏器3的偏振方向平行；色散元件18，其输入端与第二起偏器17的输出端连接，用于将光滤波器的输出的光谱映射到时域转化为电域；光电探测器19，其输入端与色散元件18的输出端连接，用于将将光信号转化为电信号；采样示波器20，其输入端与光电探测器19的输出端连接，用于测量产生的微波信号，观测产生的微波信号的时域波形。

其中，锁模脉冲激光器输出的脉冲激光入射到第一偏振控制器，锁模脉冲激光器用于产生脉冲式的宽谱光信号，该光信号的偏振通过第一偏振控制器调节输入到第一起偏器用于将脉冲调制器输出的光信号起偏于一个方向，并提供第二偏振控制器，用于调节第一起偏器输出光信号的偏振方向，其输出入射到环形器，其端口1与第二偏振控制器的输出端口相连，其端口2与第三偏振控制器相连，其端口3与环形器10的输入端口1相连入射到第三偏振控制器，用于控制环形器5输出光信号的偏振方向，其输出与第一保偏光纤相连，主要是调节脉冲光的偏振方向与第一保偏光纤慢轴之间的夹角；其用于产生延时差从而产生可控自由光谱范围的光滤波器，光信号要两次通过第一保偏光纤；输入到第二环形器，其端口2与第一保偏光纤的输出端口相连，其端口3与第四偏振控制器相连，其端口1与第四偏振控制器的另一个端口相连；第四偏振控制器用于控制反射光信号的偏振态从而可重构的调节光滤波器的自由光谱范围，实现反向传输光信号的偏振方向与保偏光纤慢轴有另一个夹角；第三环形器，用于将光信号路由到第五偏振控制器，将输出的光信号路由到第二保偏光纤，产生不同延时；第五偏振控制器用于控制光信号的偏振方向，从而实现不同自由光谱范围的光滤波器；其输出与第二保偏光纤，用于产生延时差，此时光信号的偏振方向与该保偏光纤夹角为另一个值；输入到第四环形器，其端口2与第二保偏光纤的输出端口相连，其端口3与第六偏振控制器相连，其端口1与偏振控制器的另一个端口相连；第六偏振控制器，用于调节逆向传播光信号的偏振态，从而调节光信号偏振方向与第二保偏光纤慢轴的夹角；第三环形器输出的光信号入射到相位调制器用于调节光滤波器的相位，从而实现相位可控的光滤波器；其偏置点通过偏置控制用于控制相位调制器的引入的相位；相位调制器输出的光信号首先经过第二起偏器，其偏振方向与第二起偏器的偏振方向平行；滤波完成的光信号输入到色散元件用于将光滤波器的输出的光谱映射到时域通过光电探测器转化为电域；利用采样示波器观测产生的微波信号的时域波形。

所述锁模脉冲激光器1是半导体激光器或光纤激光器；所述第一偏振控制器2、第二偏振控制器4、第三偏振控制器6第四偏振控制器9，第五偏振控制器11和第六偏振控制器14是光纤结构的偏振控制器、波导结构的偏振控制器或空间结构的偏振控制器；所述相位调制器15采用铌酸锂晶体、半导体聚合物(如硅基调制器、磷化铟调制器以及III-V型调制器)或有机聚合物(如石墨烯调制器)；所述色散元件16是色散补偿光纤、色散位移光纤、单模光纤或者是光纤光栅；所述光电探测器17是光电二极管或光电倍增管，采用磷化铟材料或硅基材料；所述采样示波器18是泰克的采样示波器也可以是安捷伦的采样示波器，如果产生微波信号的相位很稳定时可以应用实时示波器采集。

如图2所示给出了本发明产生的经过光滤波之后的光谱图，脉冲激光器的光谱经过利奥光滤波器之后的示意图。图3为通过采样示波器采集的微波脉冲的时域波形，通过滤波之后的光信号经过频率向时间映射产生。

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 (7)

1.一种基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，包括：

一锁模脉冲激光器，用于产生所需要的宽谱光信号；

一第一偏振控制器，其输入端与锁模脉冲激光器的输出端连接，用于调节脉冲激光器输出脉冲光的偏振态；

一第一起偏器，其输入端与第一偏振控制器的输出端连接，用于将脉冲调制器输出的光信号起偏于一个方向；

一第二偏振控制器，其输入端与第一起偏器的输出端连接，用于调节第一起偏器输出光信号的偏振方向；

一第一环形器，其端口1与偏振控制器的输出端相连；

一第三偏振控制器，其输入端与第一环形器的端口2连接，用于控制环形器输出光信号的偏振方向；

一第一保偏光纤，其一端与第三偏振控制器的输出端连接，用于产生延时差从而产生可控自由光谱范围的光滤波器；

一第二环形器，其输入端口2与第一保偏光纤的另一端相连；

一第四偏振控制器，其输入端与第二环形器的输出端口3连接，其输出端与第二环形器的控制端连接，用于控制反射光信号的偏振态从而可重构的调节光滤波器的自由光谱范围；

一第三环形器，其端口1与第一环形器的端口3连接；

一第五偏振控制器，其输入端与第三环形器的端口2连接，用于控制光信号的偏振方向，从而实现不同自由光谱范围的光滤波器；

一第二保偏光纤，其输入端与第五偏振控制器的输出端连接，用于产生延时差；

一第四环形器，其输入端2与第二保偏光纤的另一端连接；

一第六偏振控制器，其输入端与第四环形器的输出端口3连接，其输出端口与第二环形器的输出端口1连接，用于调节逆向传播光信号的偏振态；

一相位调制器，其输入端口与第三环形器的端口3连接，用于调节光滤波器的相位；

一偏置控制，其输入端与偏振控制器的端口2连接，用于控制相位调制器引入的相位；

一第二起偏器，其输入端与相位调制器的输出端口3连接，其偏振方向与第一起偏器的偏振方向平行；

一色散元件，其输入端与第二起偏器的输出端连接，用于将光滤波器的输出的光谱映射到时域转化为电域；

一光电探测器，其输入端与色散元件的输出端连接，用于将光信号转化为电信号；

一采样示波器，其输入端与光电探测器的输出端连接，用于测量产生的微波信号，观测产生的微波信号的时域波形。

2.根据权利要求1所述的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，其中所述锁模脉冲激光器是半导体激光器或光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，其中所述第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控制器，第五偏振控制器和第六偏振控制器是光纤结构的偏振控制器、波导结构的偏振控制器或空间结构的偏振控制器。

4.根据权利要求1所述的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，其中所述相位调制器采用铌酸锂晶体调制器、硅基调制器、磷化铟调制器、III-V型调制器或石墨烯调制器。

5.根据权利要求1所述的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，其中所述色散元件是色散补偿光纤、色散位移光纤、单模光纤或者是光纤光栅。

6.根据权利要求1所述的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，其中所述光电探测器是光电二极管或光电倍增管，采用磷化铟材料或硅基材料。

7.根据权利要求1所述的基于利奥光滤波器的微波脉冲产生装置，其中所述采样示波器是泰克的采样示波器或安捷伦的采样示波器，或当产生微波信号的相位很稳定时应用实时示波器采集。