CN110112636B - 基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置，包括窄线宽激光器(1)，第一光耦合器(2)，光放大器(3)，第一光环形器(4)，扇入扇出器件(5)，单模双芯光纤(6)，第二光环形器(7)，第二光纤耦合器(8)，光电探测器(9)。将窄线宽激光器输出的激光被分成两束，一束经光放大后作为布里渊泵浦光，另一束作为本振光；布里渊泵浦光沿光路进入到单模双芯光纤的第一纤芯(61)，并在其中产生一阶斯托克斯光，一阶斯托克斯光经光路进入到单模双芯光纤的第二纤芯(62)，并在其中产生二阶斯托克斯光，二阶斯托克斯光与本振光的拍频光经光电探测器转换为微波信号。

Description

基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置
技术领域
本发明涉及多芯光纤技术、通信技术及微波光子技术，具体为一种基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置。
背景技术
微波是一种重要的无线传输媒介，在微波通信、卫星通信、雷达系统、射电天文、微波遥感、光纤无线通信及太赫兹光谱分析等领域中都有广泛应用。应用需求的不断拓展以及随着光纤技术和微波技术的发展，使得光纤光子技术与微波技术逐渐融合并发展出一种新的微波光子技术并成为技术研究热点。
为适应无线光波传输对高速数据微波载波信号的需求，人们提出各种方案，有外调制法，光注入锁定法，光锁相环法，光电振荡器法等，获得了高频微波信号的光学产生。外调制法需要额外的微波源和高速调制器，微波信号质量受微波源及调制器影响；光注入锁定法可以得到低相噪微波信号，但至少需要两个激光器及二者严格的光学耦合；光锁相环法需要采用电的反馈环路来实现模式锁定且系统结构复杂；光电振荡器法需要电的器件且光路也较复杂。
发明内容
本发明提出原理简单、易于实现、系统结构紧凑且成本低的基于双芯光纤全光产生两倍布里渊频率微波信号的光学产生方案。本发明采用单模双芯光纤作为受激布里渊散射介质，通过在同布里渊频移值的两根单模光纤芯中发生受激布里渊散射分别产生一阶和二阶斯托克斯光。采用光外差方式，将二阶斯托克斯光与本振光在光电探测器上进行拍频获得微波信号。本发明提出的微波信号产生方法与装置为未来Radio-over-Fiber光纤无线通信系统所需的微波信号源提供一种结构简单、紧凑的全光纤结构解决方案。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置，其包括窄线宽激光器(1)，第一光纤耦合器(2)，光放大器(3)，第一光环形器(4)，扇入扇出器件(5)，单模双芯光纤(6)，第二光环形器(7)，第二光纤耦合器(8)，光电探测器(9)。
本发明所述的微波信号全光产生装置的连接关系是窄线宽激光器(1)的激光输出端口与第一光纤耦合器的公共端(21)相连，第一光纤耦合器的一个端口(22)与光放大器(3)的输入端口相连，第一光纤耦合器的另一端口(23)与第二光纤耦合器的一个端口(81)相连，光放大器的输出端口与第一光环形器(4)的第一端口(41)相连，第一光环形器的第二端口(42)与扇入扇出器件(5)的A端的一根单模光纤(51)相连，扇入扇出器件B端的两个单芯分别与单模双芯光纤的两根纤芯(61)(布里渊频移频率值为fBGHz)和(62)(布里渊频移频率值为fBGHz)相连，扇入扇出器件的A端的另一根单模光纤(52)与第二光环形器的第二端口(72)相连，第二光环形器的第一端口(71)与第一光环形器的第三端口(43)相连，连接至光电探测器(8)。
该微波信号产生装置的工作过程为：窄线宽激光器(1)的输出与第一光纤耦合器(2)的公共端(21)相连，经分束后的窄线宽激光分别从第一光纤耦合器的端口(22)和(23)输出，从端口22输出的激光经光放大器(3)放大后作为布里渊泵浦光，从端口23输出的激光用作后面拍频的本振光；布里渊泵浦光进入第一光环形器(4)的第一端口(41)，从第一光环形器的第二端口(42)出来，进入扇入扇出器件(5)的A端的一根单模光纤(51)，从B端的对应单模单芯(53)出来，然后被注入单模双芯光纤(6)的一根布里渊频移频率值为fBGHz的纤芯(61)中，当布里渊泵浦光功率足够时，将在纤芯(61)中发生受激布里渊散射，产生背向传输的一阶斯托克斯光；一阶斯托克斯光沿纤芯(61)背向传输，经过扇入扇出器件B端中的单模单芯(53)到A端中的单模光纤(51)后到达第一光环形器的第二端口，经第一光环形器的第三端口(43)后进入第二光环形器(7)的第一端口(71)，再从第二光环形器的第二端口(72)输出，经扇入扇出器件A端的单模光纤(52)进入B端的单模单芯后，被注入到单模双芯光纤的另一根布里渊频移频率值为fBGHz的纤芯(62)中，当一阶斯托克斯光的功率足够时，将在纤芯(62)中发生受激布里渊散射，产生背向传输的二阶斯托克斯光；二阶斯托克斯光沿纤芯(62)背向传输，经过扇入扇出器件的B端中的单模单芯(54)到A端中的单模光纤(52)后到达第二光环形器的第二端口，然后进入第二光环形器的第三端口(73)，第二光环形器的第三端口与第二光纤耦合器(8)的一个端口(82)相连，第二光纤耦合器的另一个端口(81)与第一光纤耦合器的一个端口(23)相连；本振光与二阶斯托克斯光进入第二光纤耦合器合束后发生拍频，拍频光通过第二光纤耦合器的公共端(83)输出至光电探测器(9)进行光电转换，拍频光经光电转换后可以获得频率为2fBGHz的微波信号。
所述扇入扇出器件是普通单模光纤到单模双芯光纤的光纤连接器，其一端，即A端连接有两根单模光纤，另一端即B端，有两个单模纤芯，对准连接单模双芯光纤的两个纤芯。扇入扇出器件B端的两个单模纤芯的纤芯截面分布及芯径尺寸与单模双芯光纤的纤芯截面分布及芯径大小匹配一致。
所述单模双芯光纤的两根纤芯为具有相同布里渊频移值的两根普通单模光纤芯，布里渊频移值均为fBGHz。
图1基于单模双芯光纤全光产生两倍布里渊频率微波信号装置的结构示意图。
本发明的有益效果和创新之处：巧妙地采用一段单模双芯光纤作为一阶和二阶受激布里渊散射增益介质，获得二阶斯托克斯光与本振光拍频，通过全光纤结构实现两倍布里渊频率微波信号的光学产生，本发明所述装置结构简单紧凑、便于系统集成，成本低，容易实现。
附图说明
图中的附图标记解释为：1-窄线宽激光器，2-第一光纤耦合器，3-光放大器，4-第一光环形器，5-扇入扇出器件，6-单模双芯光纤，7-第二光环形器，8-第二光纤耦合器，9-光电探测器，21-第一光纤耦合器公共端口，22-第一光纤耦合器第一端口，23-第一光纤耦合器的第二端口，41-第一光环形器的第一端口，42-第一光环形器的第二端口,43-第一光环形器的第三端口，51-扇入扇出器件A端的一根单模光纤,52-扇入扇出器件A端的另一根单模光纤，53-扇入扇出器件B端的一个单模纤芯,54-扇入扇出器件B端的另一个单模纤芯，61-单模双芯光纤的一根纤芯，62-单模双芯光纤的另一根纤芯，71-第二光环形器的第一端口，72-第二光环形器的第二端口,73-第二光环形器的第三端口，81-第二光纤耦合器第一端口，82-第二光纤耦合器第二端口，83-第二光纤耦合器公共端口。
具体实施方式
如图1所示连接好装置的光路图；
装置的具体工程过程为：该微波信号产生装置的工作过程为：窄线宽激光器(1)的输出与第一光纤耦合器(2)的公共端(21)相连，经分束后的窄线宽激光分别从第一光纤耦合器的端口(22)和(23)输出，从端口22输出的激光经光放大器(3)放大后作为布里渊泵浦光，从端口23输出的激光用作后面拍频的本振光；布里渊泵浦光进入第一光环形器(4)的第一端口(41)，从第一光环形器的第二端口(42)出来，进入扇入扇出器件(5)的A端的一根单模光纤(51)，从B端的对应单模单芯(53)出来，然后被注入单模双芯光纤(6)的一根布里渊频移频率值为fBGHz的纤芯(61)中，当布里渊泵浦光功率足够时，将在纤芯(61)中发生受激布里渊散射，产生背向传输的一阶斯托克斯光；一阶斯托克斯光沿纤芯(61)背向传输，经过扇入扇出器件B端中的单模单芯(53)到A端中的单模光纤(51)后到达第一光环形器的第二端口，经第一光环形器的第三端口(43)后进入第二光环形器(7)的第一端口(71)，再从第二光环形器的第二端口(72)输出，经扇入扇出器件A端的单模光纤(52)进入B端的单模单芯后，被注入到单模双芯光纤的另一根布里渊频移频率值为fBGHz的纤芯(62)中，当一阶斯托克斯光的功率足够时，将在纤芯(62)中发生受激布里渊散射，产生背向传输的二阶斯托克斯光；二阶斯托克斯光沿纤芯(62)背向传输，经过扇入扇出器件的B端中的单模单芯(54)到A端中的单模光纤(52)后到达第二光环形器的第二端口，然后进入第二光环形器的第三端口(73)，第二光环形器的第三端口与第二光纤耦合器(8)的一个端口(82)相连，第二光纤耦合器的另一个端口(81)与第一光纤耦合器的一个端口(23)相连；本振光与二阶斯托克斯光进入第二光纤耦合器合束后发生拍频，拍频光通过第二光纤耦合器的公共端(83)输出至光电探测器(9)进行光电转换，拍频光经光电转换后可以获得频率为2fBGHz的微波信号。
所述窄线宽激光器为C波段窄线宽半导体激光器，线宽为100kHz。
所述光放大器为增益为33dBm的高功率光放大器。
所述第一光环形器与第二光环形器为可以承受大功率的光环形器。
以上对本发明的工作过程进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，依据本发明提供的思想，在具体实施的方式上可能有非实质性的改变之处，如改变光放大器的类型和光路中的位置等，这类改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置，包括窄线宽激光器(1)，第一光纤耦合器(2)，光放大器(3)，第一光环形器(4)，扇入扇出器件(5)，单模双芯光纤(6)，第二光环形器(7)，第二光纤耦合器(8)，光电探测器(9)；其特征在于该装置的工作过程为：窄线宽激光器(1)的输出与第一光纤耦合器(2)的公共端(21)相连，经分束后的窄线宽激光分别从第一光纤耦合器的第一端口(22)和第二端口(23)输出，从第一端口(22)输出的激光经光放大器(3)放大后作为布里渊泵浦光，从第二端口(23)输出的激光用作后面拍频的本振光；布里渊泵浦光进入第一光环形器(4)的第一端口(41)，从第一光环形器的第二端口(42)出来，进入扇入扇出器件(5)的A端的一根单模光纤(51)，从B端的对应单模单芯(53)出来，然后被注入单模双芯光纤(6)的一根布里渊频移频率值为fB GHz的纤芯(61)中，当布里渊泵浦光功率足够时，将在纤芯(61)中发生受激布里渊散射，产生背向传输的一阶斯托克斯光；一阶斯托克斯光沿纤芯(61)背向传输，经过扇入扇出器件B端中的单模单芯(53)到A端中的单模光纤(51)后到达第一光环形器的第二端口，经第一光环形器的第三端口(43)后进入第二光环形器(7)的第一端口(71)，再从第二光环形器的第二端口(72)输出，经扇入扇出器件A端的单模光纤(52)进入B端的单模单芯后，被注入到单模双芯光纤的另一根布里渊频移频率值为fB GHz的纤芯(62)中，当一阶斯托克斯光的功率足够时，将在纤芯(62)中发生受激布里渊散射，产生背向传输的二阶斯托克斯光；二阶斯托克斯光沿纤芯(62)背向传输，经过扇入扇出器件的B端中的单模单芯(54)到A端中的单模光纤(52)后到达第二光环形器的第二端口，然后进入第二光环形器的第三端口(73)，第二光环形器的第三端口与第二光纤耦合器(8)的一个端口(82)相连，第二光纤耦合器的另一个端口(81)与第一光纤耦合器的第二端口(23)相连；本振光与二阶斯托克斯光进入第二光纤耦合器合束后发生拍频，拍频光通过第二光纤耦合器的公共端(83)输出至光电探测器(9)进行光电转换，拍频光经光电转换后可以获得频率为2fB GHz的微波信号。
2.如权利要求1所述的基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置，其特征在于该装置中使用的是单模双芯光纤，单模双芯光纤的两根纤芯为同质材料且两根纤芯的布里渊频移值一致，均为fB GHz。
3.如权利要求1所述的基于双芯光纤产生两倍布里渊频率微波信号的装置，其特征在于该装置中使用的是扇入扇出器件，扇入扇出器件的A、B两端中的纤芯均为单模光纤芯，两端的纤芯分别与普通单模光纤和单模双芯光纤的纤芯相匹配。
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