CN111834882A - 一种光生微波信号发生器 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种光生微波信号发生器，包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光环形器(3)、第一布里渊光纤(4)、第一光放大器(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)、第三光纤耦合器(9)、光电探测器(10)。可调激光器输出的激光用作布里渊泵浦光，通过在第一布里渊光纤发生级联受激布里渊散射，分别得到一阶斯托克斯(S1)和二阶斯托克斯(S2)，然后S2在第二布里渊光纤发生一次受激布里渊散射，得到三阶斯托克斯(S3),BS3与可调激光器输出的一部分激光进行拍频，拍频光通过光电探测器进行光电转换得到所需的微波信号。该光生微波信号方法与结构简单，成本低，在光无线通信、微波光子及光纤传感中均具有应用潜力。

Description

一种光生微波信号发生器
技术领域
本发明属于光纤激光及微波光子学领域，涉及一种光生微波信号发生器。
背景技术
近年来，无线通信与互联网技术发展迅速，网络传输技术不断更新，人们对网络也展现出巨大的需求。为了能扩充无线通信的信息容量，需要提高通信速度和扩展通信频波段，而传统的电学产生微波信号的方法限制了高频微波信号的品质与通信波段，并且微波信号在空气中传播的损耗也比较大，信号保真度不好，因此增强微波信号品质与拓宽通信波段成为提高通信传输速度的关键问题。随着光纤及微电子器件的发展，微波光子技术应运而生。微波光子技术的出现为微波信号的产生提供了有效途径。光纤由于抗干扰性强、带宽大、损耗低，可实现微波信号的远距离传输，而利用光学方法产生的微波信号与传统方法产生的微波信号相比较，用光学方法产生的微波信号频率高、噪声低、功耗小并且发生装置结构简单、成本低，因而光学产生微波信号的方法近年来被广泛研究。
光学产生微波信号的方法主要有光外差法、外调制法、光电振荡器法和非线性效应法等。光外差法的系统结构简单、易于产生微波信号、成本低无需微波参考源，因而光外差法成为光学产生微波信号的重要方法。光外差法是将两个不同频率的激光进行拍频而产生微波信号，当不同波长的两束光波合束后同时入射到一个高速光电探测器中时，双波长光波的拍频信号可以通过高速光电探测器变换为射频信号，射频信号的频率取决于双波长光波的两个光波频率差。近年来虽然关于光生微波信号的报道有很多，但是产生的微波信号波段窄或是系统成本昂贵，并不能满足实际市场需求，所以光生微波信号系统仍需要改进，研究能低成本的产生宽频波段的微波信号仍然是光学产生微波信号的关键。
利用普通单模石英光纤中的级联受激布里渊散射过程，通过一定的光路结构，将产生的高阶斯托克斯与泵浦拍频，可以得到低成本、宽波段的微波信号。本发明提出一种结构紧凑、损耗小、成本低的光生微波信号发生器。本光生微波信号发生器可为光载无线系统、5G通信中使用的高频微波信号源提供可选方案。
发明内容
本发明提出一种结构紧凑、成本低、阈值功率小、可发展空间大的光生微波信号发生装置。本发明的方法相对已有技术，不需要高功率光、电放大器，不需要高速电光调制器，不需要多个激光器等，大大降低了系统成本，简化了系统结构。
为实现上述目的提出以下技术方案：
一种光生微波信号发生器，包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光环形器(3)、第一光放大器(4)、第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)、第三光纤耦合器(9)及光电探测器(10)。
所述的光生微波信号发生器，其各组成部分的连接关系为：可调激光器(1)的输出端口与第一光纤耦合器(2)的一端口(21)相连，第一光纤耦合器(2)的二端口(22)与光环形器(3)的一端口(31)相连，第一光纤耦合器(2)的三端口与(23)第三光纤耦合器(9)的二端口(92)相连，光环形器的二端口(32)与第一布里渊光纤(4)一端相连，第一布里渊光纤(4)的另一端连接第一光放大器(5)的一端，第一光放大器(5)的另一端与光环形器(3)的三端口(33)相连，光环形器(3)的四端口(34)与第二光纤耦合器(6)的二端口(62)相连，第二光纤耦合器(6)的三端口(63)与第三光纤耦合器(9)的三端口相连，第二光纤耦合器(6)的一端口(61)与第二光放大器(7)的一端相连，第二光放大器(7)的另一端与第二布里渊光纤(8)的一端相连，第二布里渊光纤的闲置端端面切成一平角，第三光纤耦合器(9)的一端口(91)与光电探测器(10)的光信号输入端口相连。
所述的光生微波信号发生器，其微波信号产生过程为：可调激光器用作布里渊泵浦光源(BP)，BP经过第一光纤耦合器的分光后，一部分BP通过光环形器一端口和二端口进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当注入第一布里渊光纤的BP功率达到第一布里渊光纤的受激布里渊散射阈值时将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与BP背向传输的一阶斯托克斯(S1)，S1经光环形器的二端口和三端口进入第一光放大器进行光放大，放大的S1注入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当S1功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与S1背向传输的二阶斯托克斯(S2)，S2先经第一光放大器进行光放大，放大的S2经过光路33-34-62-61进入第二光放大器进行光放大，放大的S2注入第二布里渊光纤并与之发生布里渊散射，S2功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与S2背向传输的三阶斯托克斯(S3)，第二布里渊光纤的闲置端端面切成一个平角，以便于将可能存在的未消耗完的S2光反射回第二布里渊光纤，以增强S3，S3先经过第二光放大器放大，放大的S3经过光路61-63-93后与来自第一光纤耦合器三端口的BP传输至第三光纤耦合器，S3与BP在第三光纤耦合器中发生干涉拍频产生拍频光，拍频光通过第三耦合器的一端口进入光电探测器进行光电转换为微波信号。
所述的光生微波信号发生器，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤均为长度为20km单模石英光纤，且布里渊频移值相同。
所述的光生微波信号发生器，第一光放大器和第二光放大器均为可实现双向光放大的光放大器。
附图说明
图1是光生微波信号发生器光路结构示意图。
图中的附图标记解释为：1-可调激光器，2-第一光纤耦合器，3-光环形器，4-第一光放大器，5-第一布里渊光纤，6-第二光纤耦合器，7-第二光放大器，8-第二布里渊光纤，9-第三光纤耦合器，10-光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步的说明。
一种光生微波信号发生器，包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光环形器(3)、第一光放大器(4)、第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)、第三光纤耦合器(9)及光电探测器(10)。
所述的光生微波信号发生器，其各组成部分的连接关系为：可调激光器(1)的输出端口与第一光纤耦合器(2)的一端口(21)相连，第一光纤耦合器(2)的二端口(22)与光环形器(3)的一端口(31)相连，第一光纤耦合器(2)的三端口与(23)第三光纤耦合器(9)的二端口(92)相连，光环形器的二端口(32)与第一布里渊光纤(4)一端相连，第一布里渊光纤(4)的另一端连接第一光放大器(5)的一端，第一光放大器(5)的另一端与光环形器(3)的三端口(33)相连，光环形器(3)的四端口(34)与第二光纤耦合器(6)的二端口(62)相连，第二光纤耦合器(6)的三端口(63)与第三光纤耦合器(9)的三端口相连，第二光纤耦合器(6)的一端口(61)与第二光放大器(7)的一端相连，第二光放大器(7)的另一端与第二布里渊光纤(8)的一端相连，第二布里渊光纤的闲置端端面切成一平角，第三光纤耦合器(9)的一端口(91)与光电探测器(10)的光信号输入端口相连。
所述的光生微波信号发生器，其微波信号产生过程为：可调激光器用作布里渊泵浦光源(BP)，BP经过第一光纤耦合器的分光后，一部分BP通过光环形器一端口和二端口进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当注入第一布里渊光纤的BP功率达到第一布里渊光纤的受激布里渊散射阈值时将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与BP背向传输的一阶斯托克斯(S1)，S1经光环形器的二端口和三端口进入第一光放大器进行光放大，放大的S1注入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当S1功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与S1背向传输的二阶斯托克斯(S2)，S2先经第一光放大器进行光放大，放大的S2经过光路33-34-62-61进入第二光放大器进行光放大，放大的S2注入第二布里渊光纤并与之发生布里渊散射，S2功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与S2背向传输的三阶斯托克斯(S3)，第二布里渊光纤的闲置端端面切成一个平角，以便于将可能存在的未消耗完的S2光反射回第二布里渊光纤，以增强S3，S3先经过第二光放大器放大，放大的S3经过光路61-63-93后与来自第一光纤耦合器三端口的BP传输至第三光纤耦合器，S3与BP在第三光纤耦合器中发生干涉拍频产生拍频光，拍频光通过第三耦合器的一端口进入光电探测器进行光电转换为微波信号。
所述光纤耦合器为3dB光纤耦合器。
所述光环形器为四端口单模光纤光环形器。
所述第一光放大器、第二光放大器均为可双向光放大的掺铒光纤放大器。
所述第一布里渊光纤、第二布里渊光纤为20km单模石英光纤，且布里渊频移值相同。
以上对本发明的工作过程进行了详细的说明，对本领域的普通技术人员依据本发明提供的思想，在具体实施的方式上可能有改变之处，这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光生微波信号发生器，包括可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光环形器(3)、第一光放大器(4)、第一布里渊光纤(5)、第二光纤耦合器(6)、第二光放大器(7)、第二布里渊光纤(8)、第三光纤耦合器(9)及光电探测器(10)。
2.根据权利要求1所述的光生微波信号发生器，其特征为，可调激光器(1)的输出端口与第一光纤耦合器(2)的一端口(21)相连，第一光纤耦合器(2)的二端口(22)与光环形器(3)的一端口(31)相连，第一光纤耦合器(2)的三端口与(23)第三光纤耦合器(9)的二端口(92)相连，光环形器的二端口(32)与第一布里渊光纤(4)一端相连，第一布里渊光纤(4)的另一端连接第一光放大器(5)的一端，第一光放大器(5)的另一端与光环形器(3)的三端口(33)相连，光环形器(3)的四端口(34)与第二光纤耦合器(6)的二端口(62)相连，第二光纤耦合器(6)的三端口(63)与第三光纤耦合器(9)的三端口相连，第二光纤耦合器(6)的一端口(61)与第二光放大器(7)的一端相连，第二光放大器(7)的另一端与第二布里渊光纤(8)的一端相连，第二布里渊光纤的另一端端面切成一平角，第三光纤耦合器(9)的一端口(91)与光电探测器(10)的光信号输入端口相连。
3.根据权利要求1所述的光生微波信号发生器，其特征为，所述的光生微波信号发生器，其微波信号产生过程为：可调激光器用作布里渊泵浦光源(BP)，BP经过第一光纤耦合器的分光后，一部分BP通过光环形器一端口和二端口进入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当注入第一布里渊光纤的BP功率达到第一布里渊光纤的受激布里渊散射阈值时将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与BP背向传输的一阶斯托克斯(S1)，S1经光环形器的二端口和三端口进入第一光放大器进行光放大，放大的S1注入第一布里渊光纤并与之发生布里渊散射，当S1功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与S1背向传输的二阶斯托克斯(S2)，S2先经第一光放大器进行光放大，放大的S2经过光路33-34-62-61进入第二光放大器进行光放大，放大的S2注入第二布里渊光纤并与之发生布里渊散射，S2功率足够时，将发生受激布里渊散射，并产生频率下移布里渊频移的与S2背向传输的三阶斯托克斯(S3)，第二布里渊光纤的闲置端端面切成一个平角，以便于将可能存在的未消耗完的S2光反射回第二布里渊光纤，以增强S3，S3先经过第二光放大器放大，放大的S3经过光路61-63-93后与来自第一光纤耦合器三端口的BP传输至第三光纤耦合器，S3与BP在第三光纤耦合器中发生干涉拍频产生拍频光，拍频光通过第三耦合器的一端口进入光电探测器进行光电转换为微波信号。
4.根据权利要求1所述的光生微波信号发生器，其特征为，第一布里渊光纤和第二布里渊光纤均为长度为20km单模石英光纤，且布里渊频移值相同。
5.根据权利要求1所述的光生微波信号发生器，其特征为，第一光放大器和第二光放大器均为可实现双向光放大的光放大器。
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