CN105099566A - 一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置 - Google Patents

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曹长庆
曾晓冬
王香
来志
任杰
潘泽威
成迎虹
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Abstract

本发明涉及一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，第一非线性介质与第一光纤激光器相连接，第二非线性介质与第二光纤激光器相连接；第一光耦合器分别与第一非线性介质、第二非线性介质相连接，光隔离器与第一光耦合器相连，第二光耦合器与光隔离器相连，第三光耦合器与第二光耦合器相连，光谱仪与第三光耦合器相连，第一光电二极管与第三光耦合器相连；频谱仪与第一光电二极管相连，第二光电二极管与第二光耦合器相连，窄带滤波器与第二光电二极管相连，放大器与窄带滤波器相连，天线与放大器相连。本发明公开的装置具有以下有益效果：1激光器波长可调谐；2光信号相位关系稳定；3结构简单。

Description

一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置
技术领域
本发明属于光纤通信和光纤传感领域，特别涉及一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置。
背景技术
利用光子产生毫米波信号在雷达、光纤通信、光学传感和射频光纤传输领域有着非常广泛的应用，这种技术的优点就是利用光子技术，代替了传统的利用电信号倍频产生毫米波信号的方法来产生毫米波信号。这种方法产生的信号在光纤线路中传输损耗低，并且可以通过放大器来实现信号的远程传输。
目前，主流的光学微波信号产生技术主要可以分成三类：(1)光学外差法，由于需要两个或多个光源输入，其光信号间相位差的稳定性并不能得到保证，这也导致产生的微波信号会受到相位噪声的影响。(2)频时域映射法，利用这种方法产生的微波信号调制方式一般比较固定于强度调制，高阶的调制格式比较难以通过这种方法直接实现，另一方面，由于频时域法需要与光谱构造技术结合，产生的微波信号参数往往受限于光谱构造模块的设计。(3)外部调制法，一般通过在发送端加入强度调制器实现，是最为简单有效的方法，它具有较高的可靠性，并且成本低廉，但需要高质量的参考信号源。
为了避免需要高质量的参考信号源的情况来产生大范围的毫米波，研究者研究出了微波信号可以使用双独立窄线宽可调谐光纤激光器产生。因此，如何实现双独立窄线宽可调谐光纤激光器输出两个不同波长的光信号，并进行压缩成窄线宽光信号输入到光耦合器中，传输到光电二极管上经过差频产生大范围的毫米波是雷达、光纤通信和光纤传感领域中的重要课题。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，它通过简单的结构来产生窄线宽、可调谐、低噪声、大范围的毫米波信号。
技术方案：一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，包括：
第一光纤激光器，用于输出窄线宽光信号并根据光谱仪和频谱仪的反馈实时调节输出光信号的波长；
第二光纤激光器，用于输出窄线宽光信号并根据光谱仪和频谱仪的反馈实时调节输出光信号的波长；
第一非线性介质，与第一光纤激光器相连接，接收第一光纤激光器输出的光信号并使光信号线带变窄；
第二非线性介质，与第二光纤激光器相连接，接收第二光纤激光器输出的光信号并使光信号线带变窄；
第一光耦合器，分别与第一非线性介质、第二非线性介质相连接，用以将第一光纤激光器发出的光信号和第二光纤激光器发出的光信号耦合到同一根光纤上；
光隔离器，与所述第一光耦合器相连，用以隔离反射光；
第二光耦合器，与所述光隔离器相连，用以将接收到的光信号分为两路；
第三光耦合器，与所述第二光耦合器相连，接收第二光耦合器发出的光信号并将其分为两路；
光谱仪，与所述第三光耦合器相连，分析接收到的光信号并将分析结果反馈给第一光纤激光器和第二光纤激光器；
第一光电二极管，与所述第三光耦合器相连，将接收到的光信号转换为电信号；
频谱仪，与所述第一光电二极管相连，用以分析第一光电二级管转化的电信号并将分析结果反馈给第一光纤激光器和第二光纤激光器；
第二光电二极管，与所述第二光耦合器相连，用以将波长不同的两个光信号进行差频产生毫米波信号；
窄带滤波器，与所述第二光电二极管相连，将毫米波信号进行滤波处理；
放大器，与所述窄带滤波器相连，用以将滤波后的毫米波信号放大；
天线，与所述放大器相连，用以发射毫米波信号。
作为本发明中一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置的一种优选方案：第一非线性介质是可以产生受激布里渊散射效应的介质，第二非线性介质是可以产生受激布里渊散射效应的介质。
作为本发明中一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置的一种优选方案：第二光耦合器将接收到的光信号分为两路，两路光信号的光强比例为1:9。
作为本发明中一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置的一种优选方案：第三光耦合器将接收到的光信号分为两路，两路光信号的光强比例为1:1。
一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置的原理：采用两个窄线宽可调谐的光纤激光器输出两个波长为λ1和λ2的光信号，这两个光信号传输到非线性介质，经过受激布里渊效应使得光信号线宽变更窄后传输到2×1的第一光耦合器上耦合到同一根光纤上，耦合到同一根光纤上的两个光信号经光隔离器传输到1×2(光强比为1:9)的第二光耦合器上，把光信号分为两路光：占1份的光信号到达1×2(光强比为1:1)的第三光耦合器上一分为二，分别到达光谱仪(对光信号进行分析)和第一光电二极管，第一光电二级管将光信号转化为电信号后传输到频谱仪上对产生的电信号进行分析和测试，并且同时监控和反馈作用在两个独立的窄线宽可调谐光纤激光器上，实时的调节两个窄线宽可调谐光纤激光器的输出波长；占9份的光信号经第二光电二极管，使得两个波长的光信号产生差频得到毫米波信号，再将毫米波信号经窄带滤波器滤波后传输到放大器将滤波后的毫米波信号放大后传输到天线上，将毫米波信号发射出去。
有益效果：本发明公开的一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置具有以下有益效果：
(1)两个窄带宽可调谐光纤激光器相互独立，并且波长可调谐(热调谐、压电调谐)，能够得到大范围的毫米波，频率调谐范围为30GHz～300GHz；
(2)光信号经过两次的压窄过程，获得的光信号带宽非常窄，相位关系稳定，则频率稳定性高，相位噪声低；
(3)结构简单，价格低，并且具有自动反馈支路，装置便于操控。
附图说明
图1为本发明公开的一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置的结构示意框图。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
如图1所示，一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，包括：
第一光纤激光器，用于输出窄线宽光信号并根据光谱仪和频谱仪的反馈实时调节输出光信号的波长；
第二光纤激光器，用于输出窄线宽光信号并根据光谱仪和频谱仪的反馈实时调节输出光信号的波长；
第一非线性介质，与第一光纤激光器相连接，接收第一光纤激光器输出的光信号并使光信号线带变窄；
第二非线性介质，与第二光纤激光器相连接，接收第二光纤激光器输出的光信号并使光信号线带变窄；
第一光耦合器，分别与第一非线性介质、第二非线性介质相连接，用以将第一光纤激光器发出的光信号和第二光纤激光器发出的光信号耦合到同一根光纤上；
光隔离器，与第一光耦合器相连，用以隔离反射光；
第二光耦合器，与光隔离器相连，用以将接收到的光信号分为两路；
第三光耦合器，与第二光耦合器相连，接收第二光耦合器发出的光信号并将其分为两路；
光谱仪，与第三光耦合器相连，分析接收到的光信号并将分析结果反馈给第一光纤激光器和第二光纤激光器；
第一光电二极管，与第三光耦合器相连，将接收到的光信号转换为电信号；
频谱仪，与第一光电二极管相连，用以分析第一光电二级管转化的电信号并将分析结果反馈给第一光纤激光器和第二光纤激光器；
第二光电二极管，与第二光耦合器相连，用以将波长不同的两个光信号进行差频产生毫米波信号；
窄带滤波器，与第二光电二极管相连，将毫米波信号进行滤波处理；
放大器，与窄带滤波器相连，用以将滤波后的毫米波信号放大；
天线，与放大器相连，用以发射毫米波信号。
本实施例中，第一非线性介质是可以产生受激布里渊散射效应的介质，第二非线性介质是可以产生受激布里渊散射效应的介质。
本实施例中，第二光耦合器将接收到的光信号分为两路，两路光信号的光强比例为1:9。
本实施例中，第三光耦合器将接收到的光信号分为两路，两路光信号的光强比例为1:1。
λ1表示第一光纤激光器的波长，λ2表示第二光纤激光器的波长，Δλ表示第一光纤激光器的波长与第二光纤激光器的波长差，
Δλ＝λ1-λ2，Δv＝cΔλ/λ2，λ＝(λ1+λ2)/2
若λ＝(λ1+λ2)/2＝1550.0nm
当Δλ＝0.24nm时，Δv＝30GHz；
当Δλ＝0.48nm时，Δv＝60GHz；
当Δλ＝0.96nm时，Δv＝120GHz；
当Δλ＝1.92nm时，Δv＝240GHz；
当Δλ＝2.4nm时，Δv＝300GHz；
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，其特征在于，包括：
第一光纤激光器，用于输出窄线宽光信号并根据光谱仪和频谱仪的反馈实时调节输出光信号的波长；
第二光纤激光器，用于输出窄线宽光信号并根据光谱仪和频谱仪的反馈实时调节输出光信号的波长；
第一非线性介质，与第一光纤激光器相连接，接收第一光纤激光器输出的光信号并使光信号线带变窄；
第二非线性介质，与第二光纤激光器相连接，接收第二光纤激光器输出的光信号并使光信号线带变窄；
第一光耦合器，分别与第一非线性介质、第二非线性介质相连接，用以将第一光纤激光器发出的光信号和第二光纤激光器发出的光信号耦合到同一根光纤上；
光隔离器，与所述第一光耦合器相连，用以隔离反射光；
第二光耦合器，与所述光隔离器相连，用以将接收到的光信号分为两路；
第三光耦合器，与所述第二光耦合器相连，接收第二光耦合器发出的光信号并将其分为两路；
光谱仪，与所述第三光耦合器相连，分析接收到的光信号并将分析结果反馈给第一光纤激光器和第二光纤激光器；
第一光电二极管，与所述第三光耦合器相连，将接收到的光信号转换为电信号；
频谱仪，与所述第一光电二极管相连，用以分析第一光电二级管转化的电信号并将分析结果反馈给第一光纤激光器和第二光纤激光器；
第二光电二极管，与所述第二光耦合器相连，用以将波长不同的两个光信号进行差频产生毫米波信号；
窄带滤波器，与所述第二光电二极管相连，将毫米波信号进行滤波处理；
放大器，与所述窄带滤波器相连，用以将滤波后的毫米波信号放大；
天线，与所述放大器相连，用以发射毫米波信号。
2.根据权利要求1所述的一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，其特征在于，第一非线性介质是可以产生受激布里渊散射效应的介质，第二非线性介质是可以产生受激布里渊散射效应的介质。
3.根据权利要求1所述的一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，其特征在于，第二光耦合器将接收到的光信号分为两路，两路光信号的光强比例为1:9。
4.根据权利要求1所述的一种利用双独立可调谐光纤激光器产生毫米波信号的装置，其特征在于，第三光耦合器将接收到的光信号分为两路，两路光信号的光强比例为1:1。
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