CN107863679B - 基于相位调制器的调频激光信号产生的装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于相位调制器的调频激光信号产生的装置，包括激光光源、相位调制器、调频信号发生器、基频信号发生器、混频器、射频放大器及光学滤波器。本装置采用调频信号发生器产生的调频信号和基频信号发生器产生的基频信号的混频信号作为相位调制器的驱动信号，驱动相位调制器产生调频激光信号，并通过光学滤波器抑制谐波保留所需阶次的调频激光信号；本装置通过控制基频信号的频率，可以避免产生的各阶次调频激光信号发生频率混叠，并且可以获得高阶倍频信号，实现宽带调节；本装置采用光学滤波器滤波，使获得的调频激光信号有高的边带抑制比。

Description

基于相位调制器的调频激光信号产生的装置
技术领域
本发明涉及调频激光信号技术领域，特别是一种基于相位调制器的调频激光信号的产生装置
背景技术
调频激光光源在激光雷达、相干光通信、高分辨率光谱和微波信号的光学产生等领域具有重要的应用需求。目前，主要通过直接控制激光器腔内元件调谐波长范围、利用腔外部调制器的方法来实现对激光频率的调节。其中，基于外调制器来实现调频激光信号的产生的方法具有保持激光光源线宽特性，调制重频高等优点，成为广大学者的首选。
现有技术[1](中国科学院半导体研究所.可宽带线性调频窄线宽激光装置：中国，CN105591271A.2016.02.29)中采用单边带调制，边带抑制比达到20dB，边带抑制比比较低，有非线性效应。现有技术[2](中国科学院上海光学精密机械研究所.窄线宽激光频率线性调谐装置：中国，CN104917045A.2015.06.18.)中所述的基于外部调制器来实现激光信号的调频中，是将可调谐微波源产生的信号直接作为调制器的驱动信号。这样可以获得调频的激光信号，但是该结构获得的调频激光信号很容易造成频率混叠，而且该技术采用DFB腔内滤波，边带抑制比低。
发明内容
本发明的目的是提出了一种基于相位调制器的调频激光信号产生装置，该装置可以解决激光器线宽、重频、边带抑制以及产生的调频信号出现混叠的问题。调频信号发生器产生的低频调频信号和中频信号信号发生器产生的中频信号的混频信号作为相位调制器的驱动信号，通过光学滤波器得到所需的调频激光信号，通过控制中频信号的频率可以避免获得的调频激光信号产生频率混叠，优化边带抑制比。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于相位调制器的调频激光信号产生的装置，其构成包括激光光源、相位调制器、调频信号发生器、基频信号发生器、混频器、射频放大器、光学滤波器；所述的激光光源的输出端与相位调制器的第一输入端口连接，调频信号发生器的输出端和混频器的第一输入端口连接，基频信号发生器的输出端与混频器的第二输入端口连接。混频器的输出端口与射频放大器的输入端口连接，射频放大器的输出端口与相位调制器的第二输入端口连接，相位调制器的输出端和光学滤波器的输入端连接。
所述的调频信号发生器产生的微波调频信号和基频信号发生器产生的基频信号在混频器中产生的混频信号作为相位调制器的驱动信号。。
所述的调频信号发生器输出的信号包括但不限于线性调频信号。
所述的激光光源包括但不限于窄线宽激光光源。
所述的调频信号发生器的频率和波形的调节，可以改变输出激光调频信号的频率和波形
所述的基频信号的频率ωf和微波调频信号的上、下限截止频率ωH、ωL的关系以及保留的激光调频信号的阶次m满足关系：ωf>mωH-(m+1)ωL，可以避免产生的各阶次调频激光信号发生频率混叠。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
1、利用采用调频信号和基频信号的混频信号来驱动相位调制器，通过控制基频信号的频率，避免产生的调频激光信号发生频率混叠，同时避免非线性效应。
2、利用光学滤波器配合基频信号保留所需的频率信号，可以得到高边带抑制比的调频激光信号。
3.可以滤除其他阶的调频激光信号，得到高阶调频激光信号。
附图说明
图1为本发明基于相位调制器的调频激光信号产生的装置。
图2为本发明一个实施例中产生调频激光信号的示意图，其中，a为调频信号发生器产生的调频激光信号，b为光学滤波器对相位调制器输出的信号进行滤波，c为光学滤波器输出所需的二阶调频信号。
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，但不应以此限制本发明的保护范围。
参阅附图1所示，本发明提出一种基于相位体制器的调频激光信号产生的装置，其构成包括激光光源1、相位调制器2、调频信号发生器3、基频信号发生器4、混频器5、射频放大器6和光学滤波器7；所述的激光光源1的输出端与相位调制器2的第一输入端口连接，调频信号发生器3的输出端和基频信号发生器4的输出端分别与混频器5的第一输入端口和第二输入端口连接。混频器5的输出端口与射频放大器6的输入端口连接，射频放大器6的输出端口与相位调制器2的第二输入端口连接，相位调制器2的输出端和光学滤波器7的输入端连接。
激光光源产生的光载波的电场强度表达式为
Ein(t)=E0cos(ω0t)
E0是电场强度，ω0是光载波频率。
微波调频信号发生器产生的正弦微波调频信号为
Vs(t)＝Vscos(ωst+φ)
ωL≤ωs≤ωH
Vs是调频电信号幅度，ωs是调频微波信号的频率，ωL是调频微波信号的低频截止频率，ωH是调频微波信号的低频截止频率，φ是调频信号的相位。
基频信号发生器产生的正弦微波基频信号为
VIF(t)＝Vfcos(ωft)
Vf是基频电信号幅度，ωf是基频微波信号的频率，
正弦微波调频信号和正弦微波基频信号经过混频器后得到微波调制信号为
Figure BDA0001484268650000031
相位调制器输出的光的电场表示为
Eout(t)＝E0cos{ω0t+βcos[(ωs+ωf)t+φ])
Figure BDA0001484268650000032
将上面表达式用贝塞尔函数展开，得到调频激光信号(如图2(a)，其中，ωLi＝ω0+i(ωf+ωL)，ωHi＝ω0+i(ωf+ωH)i＝1，2，3)
Figure BDA0001484268650000041
Figure BDA0001484268650000042
其中，
Figure BDA0001484268650000043
表示第一类k阶贝塞尔函数。
光学滤波器对相位调制器输出的信号Eout(t)进行滤波(如图2(b)，其中，ωLi＝ω0+i(ωf+ωL)，ωHi＝ω0+i(ωf+ωH)i＝1，2，3)，
光学滤波器输出的信号就是所需阶次的边带信号(本实施例中保留二阶边带信号)，保留的二阶边带信号(如图2(c)，其中，ωL2＝ω0+2(ωf+ωL)，ωH2＝ω0+2(ωf+ωH))的表达式为
Figure BDA0001484268650000044
从图2(b)和图2(c)可以看出，要避免所得到的调频激光信号的频率混叠，需要控制基频信号的频率满足以下关系：
ωf＞2ωH-3ωL。

Claims (3)

1.一种基于相位调制器的调频激光信号产生的装置，特征在于其构成包括激光光源(1)、相位调制器(2)、调频信号发生器(3)、中频信号发生器(4)、混频器(5)、射频放大器(6)和光学滤波器(7)；所述的激光光源(1)的输出端与相位调制器(2)的第一输入端口连接，调频信号发生器(3)的输出端和混频器(5)的第一输入端口连接，中频信号发生器(4)的输出端与混频器(5)的第二输入端口连接，混频器(5)的输出端口与射频放大器(6)的输入端口连接，射频放大器(6)的输出端口与相位调制器(2)的第二输入端口连接，相位调制器(2)的输出端和光学滤波器(7)的输入端连接；
所述的调频信号发生器(3)产生的微波调频信号和基频信号发生器(4)产生的基频信号在混频器(5)中产生的混频信号经过射频放大器(6)放大后作为相位调制器(2)的驱动信号；所述的基频信号的频率ωf和微波调频信号的上、下限截止频率ωH、ωL的关系以及保留的激光调频信号的阶次m满足以下关系：
ωf>mωH-(m+1)ωL。
2.根据权利要求1所述的基于相位调制器的调频激光信号产生的装置，其特征在于，所述的激光光源包括但不限于窄线宽激光光源。
3.根据权利要求1所述的基于相位调制器的调频激光信号产生的装置，其特征在于，控制所述的调频信号发生器(3)的频率和波形，可以改变输出调频激光信号的频率和波形。
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