CN111834883B - 一种光生微波信号源 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种光生微波信号源。包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光纤环形器(3)、第一布里渊增益光纤(4)、第一光纤放大器(5)、第二布里渊增益光纤(6)、第二光纤耦合器(7)、第二光纤放大器(8)、第三光纤耦合器(9)、第四光纤耦合器(10)、光电探测器(11)。窄线宽可调激光器输出的激光一部分用作布里渊泵浦光，布里渊泵浦光先后在两段布里渊增益光纤中产生四次受激布里渊散射。第一布里渊增益光纤用于产生第一阶斯托克斯光(S1)与第三阶斯托克斯光(S3)，第二布里渊增益光纤用于产生第二阶斯托克斯光(S2)与第四阶斯托克斯光(S4)。第四阶斯托克斯光与窄线宽可调激光器输出激光的另一部分拍频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

一种光生微波信号源
技术领域
本发明属于光纤激光及微波领域，涉及一种光生微波信号源。
背景技术
近年来，无线通信技术先后经历了2G技术、3G技术以及如今普遍使用的4G通信和将要大范围推广的5G通信，通信技术的不断更新，标志着微波通讯在生活中具有非常广泛的应用和极为重要的地位，同时人们对无线网络通信的巨大需求，也促进了无线通信技术的进步与发展。为了能增加无线通信的携带信息的容量，提高通信速度和扩展通信频波段成为重要关键点，而传统的电学产生微波信号的方法不容易产生品质优良的高频微波信号，并且极大的限制了通信波段宽度。微波信号在空气中传播的损耗比较大，微波信号长距离传输极易失真，因此增强微波信号品质与拓宽通信波段成为提高无线通信技术的关键问题。随着光纤技术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新的途径，即光学产生微波信号。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或是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。
发明内容
为了能低成本得到宽波段、品质优异的微波信号，本发明提出一种结构紧凑、损耗小、成本低的光学产生微波信号的装置。将光纤受激布里渊散射用于光学产生微波信号，从而为微波信号的产生提供可选的低成本方案。
为实现上述目的提出以下技术方案：
一种光生微波信号源，其特征在于，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光纤环形器(3)、第一布里渊增益光纤(4)、第一光纤放大器(5)、第二布里渊增益光纤(6)、第二光纤耦合器(7)、第二光纤放大器(8)、第三光纤耦合器(9)、第四光纤耦合器(10)、光电探测器(11)；窄线宽可调激光器(1)的输出端连接第一光纤耦合器(2)的第一端口(21)，第一光纤耦合器(2)的第二端口(22)连接光环形器(3)的第一端口(31)，光环形器的第二端口(32)连接第一布里渊增益光纤(4)的一端，光环形器的第三端口(33)连接第一光放大器(5)的一端，第一光放大器的另一端连接第二布里渊增益光纤(6)的一端，光环形器的第四端口(34)连接第二光纤耦合器的第二端口(72)，第二光纤耦合器的第一端口(71)连接第一布里渊增益光纤的另一端，第二光纤耦合器的第三端口(73)连接第二光放大器(8)的输入端，第二光放大器的输出端连接第三光纤耦合器(9)第二端口(92)，第三光纤耦合器的第一端口(91)连接第二布里渊增益光纤(6)的另一端，第三光纤耦合器的第三端口(93)连接第四光纤耦合器(10)的第三端口(103)，第四光纤耦合器的第二端口(102)连接第一光纤耦合器(2)的第三端口(23)，第四光纤耦合器的第一端口连接(101)连接光电探测器(11)的输入端。
所述的一种光生微波信号源，窄线宽可调激光器输出的激光由第一光纤耦合器分成两部分，一部分用作布里渊泵浦光(BP)，另一部分用于与产生的第四阶斯托克斯光(S4)进行拍频产生微波信号，布里渊泵浦光由光环形器第二端口进入第一布里渊增益光纤的一端，产生第一阶斯托克斯光(S1)，然后第一阶斯托克斯光由光环形器的第三端口进入第二布里渊增益光纤并产生第二阶斯托克斯光(S2)，第二阶斯托克斯光由光环形器的第四端输出进入第一布里渊增益光纤的另一端并产生第三阶斯托克斯光(S3)，第三阶斯托克斯光经过第二光纤耦合器和第三光纤耦合器之后进入第二布里渊增益光纤的另一端并产生第四阶斯托克斯光(S4)，第四阶斯托克斯光与窄线宽可调激光器输出的一部分光一起进入第四光纤耦合器进行拍频，拍频光进入光电探测器并转换为微波信号输出。
附图说明
图1是光生微波信号源的光路结构示意图。
图中的附图标记解释为：1-窄线宽可调激光器，2-第一光纤耦合器，21-第一光纤耦合器的第一端口，22-第一光纤耦合器的第二端口，23-第一光纤耦合器的第三端口，3-光纤环形器，31-光环形器第一端口，32-光环形器的第二端口，33-光环形器的第三端口，34-光环形器的第四端口，4-第一布里渊增益光纤，5-第一光放大器，6-第二布里渊增益光纤，7-第二光纤耦合器，71-第二光纤耦合器和第一端口，72-第二光纤耦合器的第二端口，73-第二光纤耦合器的第三端口，8-第二光放大器，9-第三光纤耦合器，91-第三光纤耦合器的第一端口，92-第三光纤耦合器的第二端口，93-第三光纤耦合器的第三端口，10-第四光纤耦合器，101-第四光纤耦合器的第一端口，102-第四光纤耦合器的第二端口，103-第四光纤耦合器的第三端口，11-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地说明。
一种光生微波信号源，其特征在于，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光纤环形器(3)、第一布里渊增益光纤(4)、第一光纤放大器(5)、第二布里渊增益光纤(6)、第二光纤耦合器(7)、第二光纤放大器(8)、第三光纤耦合器(9)、第四光纤耦合器(10)、光电探测器(11)；窄线宽可调激光器(1)的输出端连接第一光纤耦合器(2)的第一端口(21)，第一光纤耦合器(2)的第二端口(22)连接光环形器(3)的第一端口(31)，光环形器的第二端口(32)连接第一布里渊增益光纤(4)的一端，光环形器的第三端口(33)连接第一光放大器(5)的一端，第一光放大器的另一端连接第二布里渊增益光纤(6)的一端，光环形器的第四端口(34)连接第二光纤耦合器的第二端口(72)，第二光纤耦合器的第一端口(71)连接第一布里渊增益光纤的另一端，第二光纤耦合器的第三端口(73)连接第二光放大器(8)的输入端，第二光放大器的输出端连接第三光纤耦合器(9)第二端口(92)，第三光纤耦合器的第一端口(91)连接第二布里渊增益光纤(6)的另一端，第三光纤耦合器的第三端口(93)连接第四光纤耦合器(10)的第三端口(103)，第四光纤耦合器的第二端口(102)连接第一光纤耦合器(2)的第三端口(23)，第四光纤耦合器的第一端口连接(101)连接光电探测器(11)的输入端。
所述的光生微波信号源，窄线宽可调激光器输出的激光由第一光纤耦合器分成两部分，一部分用作布里渊泵浦光(BP)，另一部分用于与产生的第四阶斯托克斯光(S4)进行拍频产生微波信号，布里渊泵浦光由光环形器第二端口进入第一布里渊增益光纤的一端，产生第一阶斯托克斯光(S1)，然后第一阶斯托克斯光由光环形器的第三端口进入第二布里渊增益光纤并产生第二阶斯托克斯光(S2)，第二阶斯托克斯光由光环形器的第四端输出进入第一布里渊增益光纤的另一端并产生第三阶斯托克斯光(S3)，第三阶斯托克斯光经过第二光纤耦合器和第三光纤耦合器之后进入第二布里渊增益光纤的另一端并产生第四阶斯托克斯光(S4)，第四阶斯托克斯光与窄线宽可调激光器输出的一部分光一起进入第四光纤耦合器进行拍频，拍频光进入光电探测器并转换为微波信号输出。
本发明提出的光生微波信号源，其光学产生微波信号的具体过程如下：窄线宽可调激光器输出的激光经第一光纤耦合器分为两部分，一部分用作布里渊泵浦光(BP)，另一部分用作与产生的第四阶斯托克斯光(S4)进行拍频产生微波信号。BP从光环形器的第一端口进入，然后从光环形器的第二端口输出注入第一布里渊增益光纤的一端，当入射的BP光功率大于第一布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，将激发出第一阶斯托克斯光(S1)，S1传输方向与BP传输方向相反，S1的波长相对BP的波长增加约0.08nm或S1的频率相对BP的频率减小约10GHz；S1从光环形器的第二端口输入，从光环形器的第三端口输入，然后进入第一光放大器中进行放大，放大的S1进入第二布里渊增益光纤的一端，当入射的S1功率大于第二布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，将激发出第二阶斯托克斯光(S2)，S2传输方向与S1传输方向相反，S2的波长相对S1的波长增加约0.08nm或S2的频率相对S1的频率减小约10GHz；S2从光环形器的第三端口输入，从光环形器的第四端口输出，之后经过第二光纤耦合器的第二端口及第一端口进入第一布里渊增益光纤的另一端，当入射的S2功率大于第一布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，将激发出第三阶斯托克斯光(S3)，S3传输方向与S2传输方向相反，S3的波长相对S2的波长增加约0.08nm或S3的频率相对S2的频率减小约10GHz；S3经过第二光纤耦合器的第一端口及第三端口进入第二光放大器进行放大，放大的S3经过第三光纤耦合器的第二端口及第一端口进入第二布里渊增益光纤的另一端，当入射的S3功率大于第二布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，将激发出第四阶斯托克斯光(S4)，S4传输方向与S3传输方向相反，S4的波长相对S3的波长增加约0.08nm或S4的频率相对S3的频率减小约10GHz；S4经过第三光纤耦合器的第一端口及第三端口输出至第四光纤耦合器的第三端口并与进入第四光纤耦合器第二端口的来自窄线宽可调激光器输出的另一部分光在第四光纤耦合器中进行拍频，拍频光通过第四光纤耦合器的第一端口进入光电探测器进行光电转换，在光电探测器的输出端可以得到拍频光对应的40GHz微波信号。
所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器及第四光纤耦合器为三端口光纤耦合器，各光纤耦合器的分光比可以进行优化。
所述光环形器为四端口光环形器。
所述第一光放大器具有双向放大功能，即当一端作为信号光的输入端时，另一端则为放大后信号光的输出端，相反则反之。
所述第一布里渊增益光纤、第二布里渊增益光纤均为普通单模光纤，且二者的布里渊频移值相同，约为10GHz，长度均在10km以上。
所述光电探测器为带宽为40GHz以上的光电探测器。
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 (3)

1.一种光生微波信号源，其特征在于，包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、光纤环形器(3)、第一布里渊增益光纤(4)、第一光纤放大器(5)、第二布里渊增益光纤(6)、第二光纤耦合器(7)、第二光纤放大器(8)、第三光纤耦合器(9)、第四光纤耦合器(10)、光电探测器(11)；窄线宽可调激光器(1)的输出端连接第一光纤耦合器(2)的第一端口(21)，第一光纤耦合器(2)的第二端口(22)连接光环形器(3)的第一端口(31)，光环形器的第二端口(32)连接第一布里渊增益光纤(4)的一端，光环形器的第三端口(33)连接第一光放大器(5)的一端，第一光放大器的另一端连接第二布里渊增益光纤(6)的一端，光环形器的第四端口(34)连接第二光纤耦合器的第二端口(72)，第二光纤耦合器的第一端口(71)连接第一布里渊增益光纤的另一端，第二光纤耦合器的第三端口(73)连接第二光放大器(8)的输入端，第二光放大器的输出端连接第三光纤耦合器(9)第二端口(92)，第三光纤耦合器的第一端口(91)连接第二布里渊增益光纤(6)的另一端，第三光纤耦合器的第三端口(93)连接第四光纤耦合器(10)的第三端口(103)，第四光纤耦合器的第二端口(102)连接第一光纤耦合器(2)的第三端口(23)，第四光纤耦合器的第一端口连接(101)连接光电探测器(11)的输入端；
窄线宽可调激光器输出的激光由第一光纤耦合器分成两部分，一部分用作布里渊泵浦光(BP)，另一部分用于与产生的第四阶斯托克斯光(S4)进行拍频产生微波信号，布里渊泵浦光由光环形器第二端口进入第一布里渊增益光纤的一端，产生第一阶斯托克斯光(S1)，然后第一阶斯托克斯光由光环形器的第三端口进入第二布里渊增益光纤并产生第二阶斯托克斯光(S2)，第二阶斯托克斯光由光环形器的第四端输出进入第一布里渊增益光纤的另一端并产生第三阶斯托克斯光(S3)，第三阶斯托克斯光经过第二光纤耦合器和第三光纤耦合器之后进入第二布里渊增益光纤的另一端并产生第四阶斯托克斯光(S4)，第四阶斯托克斯光与窄线宽可调激光器输出的另一部分光一起进入第四光纤耦合器进行拍频，拍频光在光电探测器转换为微波信号。
2.根据权利要求1所述的一种光生微波信号源，其特征在于，第一布里渊增益光纤和第二布里渊增益光纤的布里渊频移值相同。
3.根据权利要求1所述的一种光生微波信号源，其特征在于，第一光放大器为双向光放大器，第二光放大器为单向光放大器。
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Effective date of registration: 20221214

Address after: Floor 2, Building 3, No. 345, Futian Road, Junxi Town, Datian County, Sanming City, Fujian Province, 366100

Patentee after: FUJIAN GUI COMM-TECH CO.,LTD.

Address before: No.1, Jinji Road, Guilin City, Guangxi Zhuang Autonomous Region

Patentee before: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY

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Application publication date: 20201027

Assignee: Fujian Tenglin Communication Technology Co.,Ltd.

Assignor: FUJIAN GUI COMM-TECH CO.,LTD.

Contract record no.: X2023350000330

Denomination of invention: A Photogenerated Microwave Signal Source

Granted publication date: 20211231

License type: Common License

Record date: 20230811