CN110071416A - 一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件 - Google Patents

一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件 Download PDF

Info

Publication number
CN110071416A
CN110071416A CN201910364715.8A CN201910364715A CN110071416A CN 110071416 A CN110071416 A CN 110071416A CN 201910364715 A CN201910364715 A CN 201910364715A CN 110071416 A CN110071416 A CN 110071416A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
acousto
laser
microwave signal
optic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910364715.8A
Other languages
English (en)
Inventor
张海洋
杨宏志
赵长明
张子龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201910364715.8A priority Critical patent/CN110071416A/zh
Publication of CN110071416A publication Critical patent/CN110071416A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06791—Fibre ring lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10084—Frequency control by seeding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/1068—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using an acousto-optical device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件，主要由种子激光器、耦合器、声光移频器、光纤放大器、光电探测器和带通滤波器构成。系统利用光纤构建了一个环形反馈腔，通过光纤放大器提供增益以补偿环形反馈腔的损耗，通过声光移频器对环形反馈腔中的反复通过的激光进行移频，产生高阶移频光，光电探测器对从耦合器输出的高阶移频光进行光电转换，产生高频微波信号，最后通过带通滤波器的滤波后输出。本发明涉及的均是标准化光纤器件，实现方便、结构简单、成本低，采用光学的方式实现，提高了声光移频器的调制频率，从而实现高频微波信号的获取。

Description

一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件
技术领域
本发明涉及光电子及微波光子学技术，特别是涉及一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件。
背景技术
传统的微波信号频率变换技术，主要是通过二极管或者场效应管等电子器件的非线性特性来产生。在较低频率或者中频范围内，能获得低相位噪声和纯度高的微波信号，它的缺点是随着频率的升高，变频效率降低，相位噪声变大，变频带宽受限，不能获得稳定度高、纯度高的高频微波信号。如果要获得较高频率的微波信号需要增加系统结构的复杂度和成本。
相对于电域方法，通过光学的方法将微波以副载波的形式加载到光波上，在光域中处理电信号，可以避开电域的电学干扰，其优点是具有抗电磁干扰能力，相位噪声低，能够产生稳定度高、纯度高的高频信号。利用低频的本振微波信号，通过倍频或者上变频来产生高性能低成本的高频信号，避免直接使用高成本的高频微波发生器。
其中，利用声光移频器对激光的频率调制，是一种可以实现光载微波的方法。但目前声光移频器的调制频率大多在100MHz左右，简单的通过声光移频的方法来获得高频微波信号是难以实现的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件，该器件结构简单、成本低，采用光学的方式实现，提高了声光移频器的调制频率，从而获得高频微波信号。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件，包括种子激光器、耦合器、声光移频器、光纤放大器、光电探测器和带通滤波器；
种子激光器连接耦合器的一个输入端，光电探测器连接耦合器的一个输出端，耦合器的另外一个输入端和另外一个输出端通过光纤连接构成一个环形反馈腔；在环形反馈腔中，连接声光移频器和光纤放大器；
光纤放大器用于提供增益以补偿环形反馈腔的损耗；
声光移频器用于对环形反馈腔中的反复通过的激光进行移频，产生高阶移频光；
光电探测器对从耦合器输出的高阶移频光进行光电转换，产生高频微波信号，通过带通滤波器的滤波后输出。
其中，通过调节声光移频器的驱动频率和/或改变光纤放大器的增益，来调整频率上变换器件输出微波信号的频率。
有益效果：
(1)本发明所设计的基于频移反馈激光的微波信号频率变换器件，构造环形反馈腔，激光多次通过声光移频器产生移频反馈激光，提高了声光移频器的调制频率。通过对产生的激光进行光电转换，从而获得高频微波信号。利用调节声光移频器的驱动频率以及改变光纤放大器的增益实现微波信号频率调节。
(2)本发明涉及的均是标准化光纤器件，实现方便、结构简单、成本低,能够产生相位噪声低，稳定度高、纯度高的高频信号，为高频微波信号的产生提供了一种可行的方案。
附图说明
图1为基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件，其工作原理如图1所示。
该器件包括种子激光器1、2×2耦合器2、声光移频器3、光纤放大器4、光电探测器5、带通滤波器6和频谱分析仪7。
本实施例中，2×2耦合器2有四个端口，分为两个输入端和两个输出端，种子激光器1连接2×2耦合器2的一个输入端，光电探测器5连接2×2耦合器2的一个输出端，2×2耦合器2的另外一个输入端和另外一个输出端通过光纤连接构成一个环形反馈腔。在环形反馈腔中，连接有声光移频器3和光纤放大器4，声光移频器3和光纤放大器4在环形反馈腔中的位置可调。
其中，种子激光器1，用于产生单频连续激光，将单频连续激光输入到2×2耦合器2。
声光移频器3，用于对2×2耦合器2输出的单频连续激光进行移频，产生移频激光。声光移频器是利用声光互作用(主要为布拉格衍射)来获得光的移频。激光通过声光介质被超声光栅衍射，其传播方向和激光频率都将发生变化。衍射光的频率在原输入激光频率上叠加了一个超声频率，光频的改变量等于外加射频信号的频率。移频激光在环形反馈腔中反复通过声光移频器3，使得激光频率得到多次调制。
光纤放大器4，用于提供增益，通过提供的增益来补偿环形反馈腔的损耗，但是光纤放大器增益必须小于环形反馈腔的损耗，否则会导致环形反馈腔的自激。
单频连续激光在通过声光移频器3的移频和光纤放大器4增益后，产生对应的高阶移频光(高阶频率)。单频连续激光可以先通过声光移频器的移频，再通过光纤放大器增益，或者先通过光纤放大器增益，再通过声光移频器的移频。
光电探测器5，用于对从2×2耦合器2输出的高阶移频光进行光电转换，使得高阶移频光在光电探测器中实现拍频。
带通滤波器6，用于将所有通过的各个阶次谐波的微波信号中不需要的高频微波信号滤除，得到低相位噪声的高频微波信号。
频谱分析仪7，用于在实验中得到的高频微波信号连接到频谱分析仪上观察。在实际应用中可以省略。
假定声光移频器的驱动频率为ωi，则光电探测器输出的拍频信号包含ωi、2ωi、3ωi、…、nωi，最高阶的谐波由环形反馈腔的损耗以及光纤放大器的增益决定，降低损耗或者提高增益都可以提高谐波阶次(提高最高阶频率)。
2×2耦合器的传输损耗矩阵为[tij]；i＝1,2；j＝1,2，Ein1为种子激光器1连接2×2耦合器2输入端的输入激光电场，Ein2为环形反馈腔连接2×2耦合器2输入端的输入激光电场，Eout1为光电探测器5连接2×2耦合器2输出端的输出激光电场，Eout2为环形反馈腔连接2×2耦合器2输出端的输出激光电场；
当环路闭合时，环形反馈腔连接2×2耦合器2输入端的输入激光电场可以表示为：
其中，是多项因子的乘积，其中η为声光移频器效率、G为光纤放大器增益、ei为耦合器相移，为声光移频器调制参数，由于不影响实验结果默认为零。fAO是声光移频器的驱动频率；τ是闭合环路长度对应的延迟时间(闭合环路长度为连接2×2耦合器2的环形反馈腔中光纤的长度、2×2耦合器2本身长度、声光移频器本身的长度、光纤放大器本身的长度和光纤延迟器的延迟量的总和)。
环形反馈腔连接2×2耦合器2输出端的输出激光电场可以表示为：
Eout2(t)＝t21Ein1(t)+t22Ein2(t) (3)
由公式(2)和(3)可得：
递推公式(4)，可得：
将公式(5)带入(4)中，可得：
2×2耦合器2与光电探测器5连接的输出端口为频移反馈激光的输出，根据公式(1)和(6)，可得：
当输入为单频连续激光，Pin为单频连续激光的功率时，公式(7)可化简为：
根据公式(8)和光电探测器的光功率探测特性，输出光电流：
i(t)∝E2 out1(t) (9)
对光电流i(t)做傅里叶变换将时域信号转换为频域信号：
根据以上的分析，最终可以观察到包含有若干高阶谐波的微波信号，通过调节声光移频器的驱动频率，直接改变了高阶谐波频率的；调节光纤放大器的增益，改变了每个谐波的相对强度。例如，当增益为3时，可以出现的最高阶谐波为5GHz，但是当调节增益为2时，最高阶谐波只有3.5Ghz；因此改变增益相当于改变了最高谐波的频率。所以通过调节声光移频器的驱动频率以及改变光纤放大器的增益可以有效的改变输出信号的微波频率。
本发明将衍射光多次反馈通过声光频移器，并加入光纤放大器，补偿损耗，然后利用光学拍频的方式即可获得高频微波信号，实现了微波信号频率的上变换。其涉及的均是标准化光纤器件，实现方便、结构简单、成本低，利用光学方法提高了声光移频器的调制频率，从而获得高频微波信号，实现微波信号频率上变换，为高频微波信号的产生提供了一种可行的方案。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件，其特征在于，包括种子激光器(1)、耦合器(2)、声光移频器(3)、光纤放大器(4)、光电探测器(5)和带通滤波器(6)；
所述种子激光器(1)连接耦合器(2)的一个输入端，所述光电探测器(5)连接耦合器(2)的一个输出端，耦合器(2)的另外一个输入端和另外一个输出端通过光纤连接构成一个环形反馈腔；在环形反馈腔中，连接所述声光移频器(3)和所述光纤放大器(4)；
光纤放大器(4)用于提供增益以补偿环形反馈腔的损耗；
声光移频器(3)用于对环形反馈腔中的反复通过的激光进行移频，产生高阶移频光；
所述光电探测器(5)对从耦合器(2)输出的高阶移频光进行光电转换，产生高频微波信号，通过带通滤波器(6)的滤波后输出。
2.如权利要求1所述的基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件，其特征在于，通过调节声光移频器(3)的驱动频率和/或改变光纤放大器(4)的增益，来调整频率上变换器件输出微波信号的频率。
CN201910364715.8A 2019-04-30 2019-04-30 一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件 Pending CN110071416A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910364715.8A CN110071416A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910364715.8A CN110071416A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110071416A true CN110071416A (zh) 2019-07-30

Family

ID=67369812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910364715.8A Pending CN110071416A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110071416A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110657955A (zh) * 2019-08-30 2020-01-07 中国空间技术研究院 一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统
CN112880824A (zh) * 2021-01-07 2021-06-01 中国科学院西安光学精密机械研究所 超短光脉冲放大压缩系统cep的噪声测量、稳定控制方法及系统
CN114499670A (zh) * 2021-12-31 2022-05-13 北京无线电计量测试研究所 一种微波信号处理装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103926059A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 电子科技大学 电光相位调制器调制系数的测量方法
CN105207043A (zh) * 2015-09-23 2015-12-30 北京邮电大学 一种光电振荡器
CN106159640A (zh) * 2016-07-12 2016-11-23 南京邮电大学 一种高质量微波频率梳的光学产生方法
CN108988105A (zh) * 2018-07-27 2018-12-11 南京邮电大学 一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103926059A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 电子科技大学 电光相位调制器调制系数的测量方法
CN105207043A (zh) * 2015-09-23 2015-12-30 北京邮电大学 一种光电振荡器
CN106159640A (zh) * 2016-07-12 2016-11-23 南京邮电大学 一种高质量微波频率梳的光学产生方法
CN108988105A (zh) * 2018-07-27 2018-12-11 南京邮电大学 一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李晨 等: ""光纤环路移频反馈激光器及放大器增益的研究"", 《激光技术》 *
杨宏志 等: ""基于频移反馈腔的全光纤射频调制脉冲激光研究"", 《ACTA PHYS. SIN.》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110657955A (zh) * 2019-08-30 2020-01-07 中国空间技术研究院 一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统
CN112880824A (zh) * 2021-01-07 2021-06-01 中国科学院西安光学精密机械研究所 超短光脉冲放大压缩系统cep的噪声测量、稳定控制方法及系统
CN114499670A (zh) * 2021-12-31 2022-05-13 北京无线电计量测试研究所 一种微波信号处理装置
CN114499670B (zh) * 2021-12-31 2023-09-15 北京无线电计量测试研究所 一种微波信号处理装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109936042A (zh) 一种基于频移反馈激光的任意波形微波信号的发生器件
CN110071416A (zh) 一种基于频移反馈激光的微波信号频率上变换器件
CN102183303B (zh) 基于循环移频方式的梳状谱发生系统及方法
CN108199776B (zh) 一种基于光电振荡器的微波光子上变频装置及方法
CN102931568B (zh) 一种基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡器及其方法
CN105978630B (zh) 一种基于声光滤波器的多倍频毫米波发生器
CN110492337A (zh) 一种基于光电振荡器的宽带微波频率梳的产生方法
CN102854695B (zh) 基于嵌套马赫-曾德尔调制器的太赫兹波产生装置及方法
CN101951294B (zh) 宽带连续可调谐微波/毫米波信号产生装置
CN107733529A (zh) 一种三角波和方波信号光学产生与传输装置和方法
CN110531324A (zh) 一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统
CN114301538B (zh) 一种基于domzm的相位编码信号产生系统及方法
CN103368651A (zh) 一种基于双平行mz调制器的二倍频系统中抑制交调失真的方法
CN111193548A (zh) 一种基于循环移频的微波光子波形产生装置及方法
CN104184028A (zh) 自锁定式光电振荡器及其方法
CN113972953A (zh) 一种基于两个单驱动马赫曾德尔调制器的三角波形发生器
CN106067650A (zh) 基于放大反馈激光器的啁啾微波产生装置
CN111464239B (zh) 基于双二进制信号驱动调制器的pam4毫米波产生系统
CN112242872B (zh) 一种偏振分路复用马赫-曾德尔调制器的二倍频三角波和方波生成方法
CN107706707A (zh) 低噪声光多频可调振荡器
CN211958239U (zh) 基于半导体激光器单周期振荡的波形产生装置
CN107508127A (zh) 一种带有幅度均衡效果的微波光子信号倍频方法及装置
CN105490135B (zh) 一种毫米波频率产生装置
CN109309334A (zh) 基于频率调制的光电振荡器和控制方法
CN117907981B (zh) 宽带多波段可重构信号产生装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190730