CN112260772A

CN112260772A - 微波源装置及其微波生成方法

Info

Publication number: CN112260772A
Application number: CN202011142139.1A
Authority: CN
Inventors: 赵泽平; 刘建国; 张志珂
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: CN112260772B

Abstract

本公开提供一种微波源装置，包括：光学频率梳单元，产生包含不同波长光信号光载波信号；波分解复用器单元，与所述光学频率梳相连，所述波分解复用器对光载波信号中不同波长光信号进行分割，生成光载波分割信号；阵列光开关单元，与波分解复用器相连，用于对光载波分割信号依选定波长进行光路选通，输出选通信号；光合束器单元，与阵列光开关单元相连，用于将选通信号依需求进行两两合束，生成所需光频差光载波合束信号；以及光电探测器单元，与光合束器单元相连，实现光载波合束信号的光电转换，生成所需微波信号。本公开同时还提供一种微波生成方法，利用上述微波源装置产生微波。

Description

微波源装置及其微波生成方法

技术领域

本公开涉及微波技术领域，尤其涉及一种微波源装置及其微波生成方法。

背景技术

微波频率源是许多精密测量科学研究和工程应用系统的关键部件，在时间频率计量、导航、时间同步和通信等领域中有广泛应用。传统电学微波源多采用石英晶体、LC电路以及高品质的射频微波腔等结构实现射频信号的产生，通过倍频的方式得到更高频率的射频信号，但射频信号多是固定频率的且带宽较低，因此现有射频微波源产生存在带宽受限、频率间隔调控不灵活等瓶颈问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种微波源装置及其微波生成方法，以缓解现有技术中射频微波源产生存在带宽受限、频率间隔调控不灵活等技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面，提供一种微波源装置，包括：

光学频率梳单元，包括第一光学频率梳和第二光学频率梳，分别产生包含不同波长光信号的第一组光载波信号和第二组光载波信号；

波分解复用器单元，包括分别与所述第一光学频率梳和第二光学频率梳相连的第一波分解复用器和第二波分复用器，所述第一波分解复用器对所述第一组光载波信号中不同波长光信号进行分割生成第一组光载波分割信号，所述第二波分复用器对所述第二组光载波信号中不同波长光信号进行分割生成第二组光载波分割信号；

阵列光开关单元，与所述第一波分解复用器和第二波分解复用器相连，用于对第一组光载波分割信号和第二组光载波分割信号依选定波长进行光路选通，输出选通信号；

光合束器单元，与阵列光开关单元相连，用于将选通信号依需求进行两两合束，生成所需光频差光载波合束信号；以及

光电探测器单元，与光合束器单元相连，实现光载波合束信号的光电转换，生成所需微波信号。

在本公开实施例中，所述的微波源装置，还包括：温控系统单元，用于调谐光学频率梳单元和波分解复用器单元的工作温度，进而使其产生不同光频差的光载波分割信号。

在本公开实施例中，所述第一光学频率梳与所述第二光学频率梳的梳齿间隔相等。

在本公开实施例中，所述的波分解复用器单元为阵列波导光栅，且阵列波导光栅相邻信道的间隔与光学频率梳的梳齿间隔相同。

在本公开实施例中，所述的阵列光开关单元具有任一选通性，能够实现任一发射端到任一接收端的信号切换。

在本公开实施例中，所述的光合束器单元规模为二合一，用于将输入的两路选通信号引导到共同的光路上。

在本公开实施例中，所述的光电探测器单元为超宽带光电探测器，带宽达100GHz以上。

在本公开实施例中，所述的温控系统单元能够对所述光学频率梳单元和波分解复用器单元的工作环境温度进行动态调节，实现对光学频率梳单元和波分解复用器单元的稳定控制。

在本公开的另一方面，提供一种微波源的生成方法，利用如上任一项所述的微波源装置产生微波，所述微波源的生成方法，包括：

操作S1：通过第一光学频率梳和第二光学频率梳分别产生不同波长的第一组光载波信号和第二组光载波信号；

操作S2：利用第一波分解复用器对所述第一组光载波信号中不同波长光信号进行分割生成第一组光载波分割信号，所述第二波分复用器对所述第二组光载波信号中不同波长光信号进行分割生成第二组光载波分割信号；

操作S3：通过阵列光开关单元对所述第一组光载波分割信号和第二组光载波分割信号依选定波长进行光路选通，输出选通信号；

操作S4：将所述选通信号输入光合束器依需求进行两两合束，生成所需光频差光载波合束信号；以及

操作S5：通过光电探测器单元完成光载波合束信号的光电转换，生成所需微波信号。

在本公开实施例中，通过光开关切换实现不同频率的光载波信号的选择，从而实现微波频率信号的调谐。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种微波源装置及其微波生成方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现了宽频带、精密、可调谐微波频率源的产生；

(2)可实现微波源的集成化设计；

(3)具有灵活调控、快速切换、阵列化优势。

附图说明

图1是本公开实施例的微波源装置的结构示意图。

图2是本公开实施例的微波源装置的微波生成方法的流程示意图。。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1 光学频率梳单元

2 波分解复用器单元

3 温控系统单元

4 阵列光开关单元

5 光合束器单元

6 光电探测器单元

具体实施方式

本公开提供了一种微波源装置及其微波生成方法，利用光学器件实现不同频率间隔光载波信号的产生、分割、选通、合束及光电转换，完成不同频率微波信号的产生，可实现微波装置的集成化、宽频带、灵活调控设计。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种微波源装置及其微波生成方法，如图1所示，所述微波源装置，包括：光学频率梳单元1、波分解复用器单元2、温控系统单元3、阵列光开关单元4、光合束器单元5、光电探测器单元6，其中，

光学频率梳单元1，包括第一光学频率梳和第二光学频率梳，分别产生不同波长的第一组光载波信号和第二组光载波信号；

波分解复用器单元2，包括分别与所述第一光学频率梳和第二光学频率梳相连的第一波分解复用器和第二波分复用器，所述第一波分解复用器对所述第一组光载波信号进行分割生成第一组光载波分割信号，所述第二波分复用器对所述第二组光载波信号进行分割生成第二组光载波分割信号；

温控系统单元3，用于调谐光学频率梳单元和波分解复用器单元的工作温度，一方面可通过调节不同的工作温度调谐光学频率梳及波分复用器的工作波长，进而动态调控选通波长的波长差；另一方面使其工作在稳定的状态，实现稳定的波长差输出；

阵列光开关单元4，与所述第一波分解复用器和第二波分解复用器相连，用于对第一组光载波分割信号和第二组光载波分割信号依选定波长进行光路选通，输出选通信号；被分割的光载波信号与阵列光开关的各通道分别相连，根据所需微波信号频率计算所需两个光载波信号的频率差，由阵列光开关的控制接口，通过调整电压的方式选择符合频率差要求的光载波通道，从而完成信号的选通；

光合束器单元5，与阵列光开关单元相连，用于将选通信号依需求进行两两合束，生成所需光频差光载波合束信号；

光电探测器单元6，与光合束器单元相连，实现光载波合束信号的光电转换，生成所需微波信号。

在本公开实施例中，第一光学频率梳和第二光学频率梳，分别具有多个可产生光载波信号的光学频率梳梳齿，且所述第一光学频率梳和所述第二光学频率梳的光梳齿具有Δλ的光频差，且两个光学频率梳的梳齿间隔均为ΔG。

在本公开实施例中，所述的波分解复用器单元2为阵列波导光栅(AWG)或窄带薄膜滤波器(TFF)，且阵列波导光栅或窄带薄膜滤波器相邻信道的间隔与光学频率梳的梳齿间隔相同。

在本公开实施例中，所述的阵列光开关单元4具有无阻塞任一选通性，可以实现任一发射端到任一接收端的信号切换，阵列光开关可以为微机械光开关、马赫-曾德尔干涉型光开关、热光开关或电光开关。

在本公开实施例中，所述的光合束器单元5规模为二合一，用于将输入的两路选通信号引导到共同的光路上。实现所需频率间隔的两束光信号的合成。

在本公开实施例中，所述的光电探测器单元6为超宽带光电探测器，带宽达100GHz以上，选型可为单行载流子探测器，具备低噪声、高响应度的性能，实现差频信号的探测，产生微波信号。

在本公开实施例中，所述的温控系统单元3能够对光学频率梳单元和波分解复用器单元的工作环境温度进行动态调节，实现对光学频率梳单元和波分解复用器单元的稳定控制，温控系统可采用半导体制冷器实现。

本公开还公开了一种应用上述微波源装置生成微波的方法，包括：

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开一种微波源装置及其微波生成方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种微波源装置及其微波生成方法，本公开基于光生微波原理提出一种微波源装置及其微波生成方法，利用光学器件实现不同频率间隔光载波信号的产生、分割、合束及光电转换，完成不同频率微波信号的产生，可实现微波装置的集成化、宽频带、灵活调控设计。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种微波源装置，包括：

2.根据权利要求1所述的微波源装置，还包括：

温控系统单元，用于调谐光学频率梳单元和波分解复用器单元的工作温度，进而使其产生不同光频差的光载波分割信号。

3.根据权利要求1所述的微波源装置，其中，所述第一光学频率梳与所述第二光学频率梳的梳齿间隔相等。

4.根据权利要求1所述的微波源装置，其中，所述的波分解复用器单元为阵列波导光栅，且阵列波导光栅相邻信道的间隔与光学频率梳的梳齿间隔相同。

5.根据权利要求1所述的微波源装置，其中，所述的阵列光开关单元具有任一选通性，能够实现任一发射端到任一接收端的信号切换。

6.根据权利要求1所述的微波源装置，其中，所述的光合束器单元规模为二合一，用于将输入的两路选通信号引导到共同的光路上。

7.根据权利要求1所述的微波源装置，其中，所述的光电探测器单元为超宽带光电探测器，带宽达100GHz以上。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述的温控系统单元能够对所述光学频率梳单元和波分解复用器单元的工作环境温度进行动态调节，实现对光学频率梳单元和波分解复用器单元的稳定控制。

9.一种微波源的生成方法，其中，利用权利要求1至8任一项所述的微波源装置产生微波，所述微波源的生成方法，包括：

10.根据权利要求9所述的生成方法，其中，通过光开关切换实现不同频率的光载波信号的选择，从而实现微波频率信号的调谐。