CN110416861B - 一种微波源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微波源及其控制方法。所述微波源包括激光器和回路，所述回路包括调制单元，分束单元，光纤阵列，合束单元，光探测器，放大单元，所述调制单元将所述激光器信号调制为激光信号，所述分束单元将所述激光信号分为频率相同的N路分光信号，所述光纤阵列将所述N路分光信号分别转换为不同光程的N路光信号，所述合束单元将所述N路光信号合成一路总光信号，所述光探测器将所述总光信号转换为电信号，所述放大单元，用于将所述电信号进行放大后分为两路，一路送至所述调制单元，另一路输出。本发明可对微波信号的杂散进行大幅抑制，获得相噪较低的高品质微波源。

Description

一种微波源及其控制方法

技术领域

本申请涉及微波技术领域，尤其涉及一种微波源及其控制方法。

背景技术

低相噪、高稳定度的微波频率源被广泛的应用与雷达、通信计量等领域，是现代电子器件的核心部件。

微波源的获得一般有三种方式：

一是标准晶体振荡器倍频方式。该方式是目前最成熟的方法，但相噪指标和稳定度指标较差。

二是利用介质的低损耗，设计成高Q值的介质谐振腔，构建正反馈放大电路，并对相位和幅度进行控制，提高输出信号的稳定度。该方法具有极高的稳定度指标和相噪指标，但设备体积和重量大，应用场合较小。

三是采用光生微波的方式，主要有两类：一类是超稳激光锁定在高稳光学谐振腔上，并通过光梳转换至所需的频率；另一类是光电振荡器的方法；利用光纤或光滤波器对光进行滤波，并将光信号转换至电信号，将电信号放大后加载至激光器的调制器，形成振荡环路。该方法超稳激光器锁定在光学谐振腔上的方法可以获得极高的稳定度和相噪指标，但由于激光器的波长漂移和老化，连续运行时间较短，光路结构复杂且成本高昂。

光电振荡器的方法能够获得较好的相噪指标，且结构紧凑、连续工作时间长，应用范围较广。光电振荡器主要的组成部分由激光器、光滤波腔(一般由光纤或微纳结构光滤波腔构成)、光探测器、电放大器、光调制器等构成。依据主要的工作原理，选择不同器件可以构建多种光电振荡器用于产生高品质的微波信号。如ZL201010102017.X利用采用有源BRAGG光纤与波分复用器及激光器等期间构成了低相噪窄线宽可精确调谐光纤化的激光微波源；ZL201410299327.3利用半导体双模激光器搭建了优质可调谐微波源，摆脱了外微波源的需求；ZL201510212059.1采用激光器注入锁相模块及导频控制以补偿光电回路的时延波动。

采用光纤作为光储能器件，容易受到温度和压力的影响，影响整机性能及输出微波信号的频率稳定度；而微纳结构的光储能器件加工复杂，成本较大，且激光器与微纳结构的耦合调节复杂。

因此，对于微波源的获得方式，急需解决的问题就是：连续运行时间长、成本低，光路结构简单，且能实现较高的稳定度和较低的相噪指标。

发明内容

本申请实施例提供一种微波源，包括激光器和回路，所述回路包括调制单元，分束单元，光纤阵列，合束单元，光探测器，放大单元；

所述调制单元，用于将所述激光器信号调制为激光信号；

所述分束单元，用于将所述激光信号分为频率相同的N路分光信号；

所述光纤阵列，用于将所述N路分光信号分别转换为不同光程的N路光信号；

所述合束单元，用于将所述N路光信号合成一路总光信号；

所述光探测器，用于将所述总光信号转换为电信号；

所述放大单元，用于将所述电信号进行放大后分为两路，一路送至所述调制单元，另一路输出。

作为本申请进一步优化的实施例，所述回路还包括偏振单元，所述偏振单元用于将所述N路分光信号分别调整偏振态后，输出至所述光纤阵列。

作为本申请进一步优化的实施例，所述回路还包括滤波单元，用于将所述电信号进行滤波后，输出至所述放大单元。

作为本申请进一步优化的实施例，所述分束单元为激光分束器。

作为本申请进一步优化的实施例，所述合束单元为激光合束器。

作为本申请进一步优化的实施例，将所述N路光信号之间的光程差为固定值。

作为本申请进一步优化的实施例，所述激光器是VCSEL激光器或DFB激光器，所述激光器所波长是850nm，1300nm或1550nm。

作为本申请进一步优化的实施例，所述分束单元为1：4～1：8的分路器。

作为本申请进一步优化的实施例，所述光纤阵列为N路长度不同的光纤。

本申请实施例还提供一种微波源控制方法，用于本申请任意一项实施例所述装置，包括以下步骤：

将激光信号分成频率相同的N路分光信号；

将N路分光信号分别经过不同长度的光纤转换为N路光程不同的光信号；

将N路光程不同的光信号合并为一路光信号。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过利用波导阵列对主光路进行分束，每束光与不同长度的光纤连接，形成中心频率不同的高Q谐振腔，然后采用合束单元进行合束，实现对微波信号的杂散进行大幅抑制，获得相噪较低的高品质微波源，且成本较低，光路调节较为简单。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请微波源的实施例示意图。

图2为本申请微波源的另一实施例示意图。

图3是本申请控制方法的实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请微波源的实施例示意图。

本申请实施例提供一种微波源，包括激光器10和回路，所述回路包括调制单元20，分束单元30，光纤阵列40，合束单元50，光探测器60，放大单元70，

所述调制单元20，用于将所述激光器信号调制为激光信号；

优选地，所述激光器是VCSEL激光器或DFB激光器，所述激光器所波长是850nm，1300nm或1550nm。

需要说明的是，普通激光器的线宽没有特别窄的要求。

例如：所述激光器选用商用1550nm激光器，线宽为200MHz。

所述激光器具有尾纤连接。

所述分束单元30，用于将所述激光信号分为频率相同的N路分光信号；

分束单元30可将同一个频率的激光信号按照能量分成不同路的分光信号，同时不改变光的频率，各分光信号沿各端口输出。

优选地，所述分束单元为1：4～1：8的分路器。

例如：所述分束单元为1：5的尾纤式分路器，工作波长为1550nm。

需要说明的是，本申请可根据实际情况选用合适的端口数。

所述光纤阵列40，用于将所述N路分光信号分别转换为不同光程的N路光信号；

优选地，所述光纤阵列40由41至4n这N路长度不同的光纤组成。

不同的光纤长度具有不同的光程，而光程确定了光在光纤中的传播时间，光纤储能Q＝2πft，其中f为光的频率，t为传播时间；光纤的长度不仅决定了储能大小，还决定了模式间距，△f＝C/(nL),其中C为光速，nL为光程，光经过光纤后不能保证单纵模运行，存在多个振荡模式。所述光纤阵列40由具有不同光纤长度的光纤组成，通过各根光纤的不同长度能抑制多纵模，还能保证光的长时延。

所述长度不同的光纤长度为5km至50km，由光纤进行选择的光频率线宽远小于所述激光器的线宽，但振荡频率在所述激光器的出射光频率范围内。

例如：所述分束单元30将所述激光信号分为频率相同的4路分光信号，所述光纤阵列40将所述4路分光信号分别通过长度分别为10kM、18kM、26kM、32kM的光纤41至光纤44转换为不同光程的4路光信号。

优选地，所述N路光信号之间的光程差为固定值。

所述合束单元50，用于将所述N路光信号合成一路总光信号；

优选地，所述合束单元为激光合束器。

例如：所述合束单元为反向波导阵列。

所述光探测器60，用于将所述总光信号转换为电信号；

所述光探测器60探测所述合束单元50输出的总光信号，将其转换为电信号输出。

例如：光探测器60的带宽为22G。

所述放大单元70，用于将所述电信号进行放大后分为两路，一路送至所述调制单元，另一路输出。

所述放大单元70将所述电信号进行放大后分为两路，一路送至所述调制单元20的信号，形成所述回路；另一路输出的信号为所述微波源的输出微波信号。

例如：所述放大单元70的增益为56dB，中心频率为10G。所述放大单元70在另一路输出端，在10GHz输出频率点，频偏1kHz处相噪为-150dBC/Hz,频偏10kHz处相噪为-165dBC/Hz,谐杂波低于-70dBC。

图2为本申请微波源的另一实施例示意图。在图2中，与图1相同的部分采用相同的附图标记。除图1中所示的各单元外，本实施例还包括括偏振单元70，所述偏振单元70用于将所述N路分光信号分别调整偏振态后，输出至所述光纤阵列40；

所述偏振单元70由N个偏振控制器组成，71至7n每一个偏振控制器接收一路所述分光信号。所述偏振单元70的每一个偏振控制器分别调整所述N路分光信号的偏振态，用于所述分束单元30、偏振单元40、光纤阵列50在所需偏振态下实现最大功率传输。

当所述环路满足振荡条件后，调节所述偏振单元70的偏振态，可以在所述放大单元70的输出端获得低杂散、低相噪的微波信号。

还包括滤波单元80，用于将所述电信号进行滤波后，输出至所述放大单元70。

例如：滤波单元80的中心频率为10G，3dB带宽为220MHz。

图3是本申请控制方法的实施例流程图。按照本申请实施例所述的装置，将各元器件进行装配。本申请提出的微波源控制方法，用于本申请任一项实施例所述的微波源，包括以下步骤：

步骤100：将激光信号分成频率相同的N路分光信号；

在所述步骤100中，将激光信号按照能量不同，分为频率相同、能量不同的N路分光信号；

步骤200：将所述N路分光信号分别经过不同长度的光纤转换为N路光程不同的光信号；

在步骤200中，将N路分光信号分别经过不同长度的光纤，抑制每一路所述分光信号的多纵模，使每一路分光信号之间的光程差为固定值；

步骤300：将所述N路光程不同的光信号合并为一路光信号。

在步骤300中，将所述N路光程差为固定至的光信号合并为一路光信号。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种微波源，包括激光器和回路，其特征在于，所述回路包括调制单元，分束单元，偏振单元，光纤阵列，合束单元，光探测器，放大单元，

所述激光器的线宽为200MHz；

所述调制单元，用于将所述激光器信号调制为激光信号；

所述分束单元，用于将所述激光信号分为频率相同的N路分光信号；

所述偏振单元用于将所述N路分光信号分别调整偏振态后，输出至所述光纤阵列；

所述光纤阵列为N路长度不同的光纤，用于将所述N路分光信号分别转换为不同光程的N路光信号；每束光与不同长度的光纤连接，形成中心频率不同的高Q谐振腔；所述N路光信号之间的光程差为固定值；

所述合束单元，用于将所述N路光信号合成一路总光信号；

所述光探测器，用于将所述总光信号转换为电信号；

所述放大单元，用于将所述电信号进行放大后分为两路，一路送至所述调制单元，另一路输出；

N=4~8。

2.如权利要求1所述的一种微波源，其特征在于，所述回路还包括滤波单元，用于将所述电信号进行滤波后，输出至所述放大单元。

3.如权利要求1所述的一种微波源，其特征在于，所述分束单元为激光分束器。

4.如权利要求1所述的一种微波源，其特征在于，所述合束单元为激光合束器。

5.如权利要求1~4任意一项所述的一种微波源，其特征在于，所述激光器是VCSEL激光器或DFB激光器，所述激光器波长是850nm，1300nm或1550nm。

6.一种微波源控制方法，用于权利要求1至5任一项所述的微波源，其特征在于，包括以下步骤：

将激光信号分成频率相同的N路分光信号；

将N路分光信号分别经过不同长度的光纤转换为N路光程不同的光信号；

将N路光程不同的光信号合并为一路光信号。

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