CN113851919B - 扫频电信号生成系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种扫频电信号生成系统。该系统包括扫频光发生模块、光电振荡器环路和检测反馈模块。扫频光发生模块包括半导体激光器，用于生成单频光信号；分光器，用于将单频光信号生成扫频光信号和第一反馈光信号。光电振荡器环路包括第一光电转换器，用于基于扫频光信号产生扫频电信号；相移光纤布拉格光栅，用于基于扫频光信号产生第二反馈光信号。检测反馈模块包括第二光电转换器，用于根据第一反馈光信号和第二反馈光信号产生反馈电信号；射频源，用于产生单频电信号；鉴频器，用于基于单频电信号和反馈电信号产生用于控制半导体激光器的控制信号，以调整半导体激光器产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率。

Description

扫频电信号生成系统

技术领域

本公开涉实施例涉及微波光子学技术领域，更具体地，涉及一种扫频电信号生成系统。

背景技术

随着微波光子技术的发展，利用微波光子学方法产生扫频电信号的方式逐渐越来越受到关注，其中，利用光电振荡器产生扫频电信号逐渐成为研究的重点。

在实现本公开构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：采用微波光子方法产生的扫频电信号的频率稳定性较差。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种扫频电信号生成系统，包括：

扫频光发生模块，包括：

半导体激光器，适用于生成单频光信号；以及

分光器，适用于将上述单频光信号生成扫频光信号和第一反馈光信号；

光电振荡器环路，包括：

第一光电转换器，适用于基于上述扫频光信号产生扫频电信号；以及

相移光纤布拉格光栅，适用于基于上述扫频光信号产生第二反馈光信号；以及

检测反馈模块，包括：

第二光电转换器，适用于根据上述第一反馈光信号和第二反馈光信号产生反馈电信号；

射频源，适用于产生单频电信号；以及

鉴频器，适用于基于上述单频电信号和反馈电信号产生用于控制上述半导体激光器的控制信号，以调整上述半导体激光器产生的上述单频光信号的波长，进而调整上述扫频电信号的频率。

根据本公开的实施例，扫频电信号生成系统还包括：

温控电路，适用于控制上述半导体激光器的温度，以使得上述半导体激光器生成频率稳定的上述单频光信号。

根据本公开的实施例，上述检测反馈模块还包括：

电滤波器，适用于对上述第二光电转换器产生的反馈电信号进行滤波；以及

除频器，适用于将经滤波的上述反馈电信号降为低频电信号并输送到上述鉴频器。

根据本公开的实施例，上述检测反馈模块还包括：

第一电放大器，适用于对经上述电滤波器滤波的反馈电信号进行放大，并将放大的上述反馈电信号输入到上述除频器。

根据本公开的实施例，上述光电振荡器环路还包括：

电耦合器，适用于根据第一光电转换器产生的上述扫频电信号产生输出的扫频信号和反馈扫频信号；

相位调制器，适用于根据来自于上述电耦合器的反馈扫频信号对来自于上述分光器的扫频光信号进行调制并生成包含功率相等、相位相反的光边带的第一调制光信号；

偏振控制器，适用于改变上述调制光信号的偏振状态，以符合上述相移光纤布拉格光栅的偏振状态；以及

光环形器，上述光环形器的第一端口接受来自于上述偏振控制器的调制光信号，上述调制光信号经上述光环形器的第二端口输入到上述相移光纤布拉格光栅，使得上述相移光纤布拉格光栅生成透射的第二反馈光信号、和反射到上述光环形器的反射信号。

根据本公开的实施例，上述光电振荡器环路还包括：

光纤，适用于为来自于上述光环形器的反射信号提供光路延迟，并将延迟的反射信号输入到上述第一光电转换器。

根据本公开的实施例，上述扫频光发生模块还包括：

第二射频源，用于生成初始扫频电信号；以及

强度调制器，适用于根据上述初始扫频电信号对来自于上述分光器的扫频光信号进行调制以生成第二调制光信号，其中，上述第二调制光信号包括单频光载波和多个扫频光边带。

根据本公开的实施例，上述扫频光发生模块还包括：

光滤波器，适用于对上述第二调制光信号进行过滤，以得到频率连续变化的连续光信号。

根据本公开的实施例，上述扫频光发生模块还包括：

光放大器，适用于对上述连续光信号进行放大，并将放大的连续光信号输入到上述光电振荡器环路的相位调制器，上述相位调制器根据来自于上述电耦合器的反馈扫频信号对来自于上述放大器的连续光信号进行调制并生成包含功率相等、相位相反的光边带的第一调制光信号。

根据本公开的实施例，上述相移光纤布拉格光栅适用于透射具有预定波长的光信号作为上述第二反馈光信号，并反射其余的具有预定段波长范围的光信号作为上述反射信号。

根据本公开的实施例的扫频电信号生成系统，通过检测反馈模块实时根据扫频光发生模块产生的第一反馈光信号以及光电振荡器环路中相移光纤布拉格光栅产生的第二反馈光信号生成用于控制半导体激光器的控制信号，以调整半导体激光器产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率，提高扫频电信号的频率稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的扫频电信号生成系统的结构示意图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

100-扫频光发生模块；

110-半导体激光器；

120-分光器；

130-第二射频源；

140-强度调制器；

150-光滤波器；

160-光放大器；

200-光电振荡器环路；

210-第一光电转换器；

220-相移光纤布拉格光栅；

230-电耦合器；

240-相位调制器；

250-偏振控制器；

260-光环形器；

270-第二电放大器；

300-检测反馈模块；

310-第二光电转换器；

320-射频源；

330-鉴频器；

340-电滤波器；

350-除频器；

360-光耦合器；

400-温控电路。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

相关技术中利用微波光子学方法产生扫频电信号的方式，由于微波光子方法产生扫频电信号存在信号频率不稳定的弊端，部分光电器件受温度等环境影响会发生频率漂移，进而影响产生扫频电信号的频率稳定性。

发明人发现，可以设置检测反馈模块，检测反馈模块根据扫频光发生模块传输的第一反馈光信号以及光电振荡器环路的相移光纤布拉格光栅传输的第二反馈光信号，利用射频源和鉴频器生成控制半导体激光器的控制信号，以调整半导体激光器产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率。

有鉴于此，本公开的实施例提供了一种扫频电信号生成系统。该扫频电信号生成系统包括扫频光发生模块、光电振荡器环路和检测反馈模块。扫频光发生模块包括：半导体激光器，适用于生成单频光信号；以及分光器，适用于将单频光信号生成扫频光信号和第一反馈光信号。光电振荡器环路包括：第一光电转换器，适用于基于扫频光信号产生扫频电信号；以及相移光纤布拉格光栅，适用于基于扫频光信号产生第二反馈光信号。检测反馈模块包括：第二光电转换器，适用于根据第一反馈光信号和第二反馈光信号产生反馈电信号；射频源，适用于产生单频电信号；以及鉴频器，适用于基于单频电信号和反馈电信号产生用于控制半导体激光器的控制信号，以调整半导体激光器产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率。

图1示意性示出了根据本公开实施例的扫频电信号生成系统的结构示意图。

如图1所示，扫频电信号生成系统可以包括扫频光发生模块100、光电振荡器环路200和检测反馈模块300。

在一种示例性实施例中，扫频光发生模块100可以包括半导体激光器110和分光器120。半导体激光器110适用于生成单频光信号。分光器120适用于将单频光信号生成扫频光信号和第一反馈光信号。

在一种示例性实施例中，光电振荡器环路200可以包括第一光电转换器210和相移光纤布拉格光栅220。第一光电转换器210适用于基于扫频光信号产生扫频电信号。相移光纤布拉格光栅220适用于基于扫频光信号产生第二反馈光信号。

在一种示例性实施例中，检测反馈模块300可以包括第二光电转换器310、射频源320和鉴频器330。第二光电转换器310适用于根据第一反馈光信号和第二反馈光信号产生反馈电信号。射频源320适用于产生单频电信号。鉴频器330适用于基于单频电信号和反馈电信号产生用于控制半导体激光器110的控制信号，以调整半导体激光器110产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率。

根据本公开的实施例，半导体激光器110通过光纤跳线与分光器120连接。射频源320通过电缆与鉴频器330连接。

根据本公开的实施例，半导体激光器110产生的单频光信号经过光分器120后生成扫频光信号和第一反馈光信号，其中，第一反馈光信号进入检测反馈模块300。扫频光信号则进入光电振荡器环路200中，经过相移光纤布拉格光栅220的处理后生成第二反馈光信号。需要说明的是，相移光纤布拉格光栅220可以用微环进行替换。

根据本公开的实施例，检测反馈模块300中的第二光电转换器310根据两种不同频率的第一反馈光信号和第二反馈光信号产生反馈电信号，鉴频器330鉴别反馈电信号和射频源320产生的单频电信号之间的频率差值的实时变化特性，输出控制信号对半导体激光器110进行调节，其中，单频电信号是与反馈电信号频率相同的稳定的电信号，生成用于控制半导体激光器110的控制信号，以调整半导体激光器110产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率。

根据本公开的实施例，光电振荡器环路200的第一光电转换器210将经过相移光纤布拉格光栅220处理的扫频光信号转换为扫频电信号并输出，其中，扫频电信号的频率是根据经控制信号调整后的单频光信号生成的。

通过检测反馈模块300实时根据扫频光发生模块100产生的第一反馈光信号、以及光电振荡器环路200中相移光纤布拉格光栅220产生的第二反馈光信号生成用于控制半导体激光器110的控制信号，以调整半导体激光器110产生的单频光信号的波长，进而调整扫频电信号的频率，因此至少部分地克服了采用微波光子方法产生的扫频电信号的频率稳定性较差的技术问题，进而达到了提高扫频电信号的频率稳定性的技术效果。

根据本公开的实施例，扫频电信号生成系统还可以包括温控电路400。温控电路400适用于控制半导体激光器110的温度，以使得半导体激光器110生成频率稳定的单频光信号。

根据本公开的实施例，由于半导体激光器110受温度的影响可能会造成单频光信号的频率发生偏移，因此可以设置温控电路400以控制半导体激光器110的工作温度保持稳定。

根据本公开的实施例，温控电路400通过电缆和半导体激光器110连接。

根据本公开的实施例，检测反馈模块300还可以包括电滤波器340和除频器350。电滤波器340适用于对第二光电转换器310产生的反馈电信号进行滤波。除频器350适用于将经滤波的反馈电信号降为低频电信号并输送到鉴频器330。

根据本公开的实施例，检测反馈模块300还可以包括光耦合器360。光耦合器360用于汇合分光器120输出的第一反馈光信号和相移光纤布拉格光栅220输出的第二反馈光信号，并将汇合后的光信号传输至第二光电转换器310以生成反馈电信号。

根据本公开的实施例，电滤波器340用于滤出反馈电信号中的单频信号。除频器350用于降低经滤波的反馈电信号的频率，以得到低频电信号。

根据本公开的实施例，鉴频器330通过驱动电路与半导体激光器110连接，鉴频器330用于鉴频进而控制驱动电路。驱动电路用于控制半导体激光器110产生的单频光信号的波长变化。

根据本公开的实施例，分光器120和光耦合器360之间通过光纤跳线连接。第二光电转换器310、电滤波器340、除频器350、鉴频器330、驱动电路和半导体激光器110之间依次通过电缆连接。

根据本公开的实施例，电滤波器340的个数为一个或多个。

根据本公开的实施例，由于分光器120输出的第一反馈光信号和光电振荡器环路200产生的第二反馈光信号均为单频信号，因此经过光电转换器转化后的反馈电信号为单频电信号，由电滤波器340滤出较为纯净的单频信号后经过除频器350降为低频信号，由射频源320输出与之同频的稳定单频电信号作为本振信号，由于相移光纤布拉格光栅220受温度等环境影响中心波长发生漂移，因而其输出的第二反馈光信号中心频率也会发生漂移，从而由第二光电转换器310输出的反馈电信号频率会随之发生改变。

根据本公开的实施例，反馈电信号经电滤波器340、除频器350处理后的反馈电信号的频率也会发生变化，得到低频电信号。以射频源320输出的稳定的单频信号作为参考，通过鉴频器330实时检测除频器350输出的低频电信号的频率变化值，进一步控制驱动电路以对半导体激光器110产生的单频光信号的波长进行调整，实现反馈控制，达到稳定频率的作用。

根据本公开的实施例，检测反馈模块300还可以包括第一电放大器。第一电放大器适用于对经电滤波器340滤波的反馈电信号进行放大，并将放大的反馈电信号输入到除频器350。

根据本公开的实施例，由于第二光电转换器310产生的反馈电信号的功率某些情况下功率较小，可以设置一个或多个第一电放大器对反馈电信号的功率进行放大。

根据本公开的实施例，光电振荡器环路200还可以包括电耦合器230、相位调制器240、偏振控制器250和光环形器260。电耦合器230适用于根据第一光电转换器210产生的扫频电信号产生输出的扫频信号和反馈扫频信号。相位调制器240适用于根据来自于电耦合器230的反馈扫频信号对来自于分光器120的扫频光信号进行调制并生成包含功率相等、相位相反的光边带的第一调制光信号。偏振控制器250适用于改变调制光信号的偏振状态，以符合相移光纤布拉格光栅220的偏振状态。偏振控制器250的数量为一个或多个。光环形器260的第一端口接受来自于偏振控制器250的调制光信号，调制光信号经光环形器260的第二端口输入到相移光纤布拉格光栅220，使得相移光纤布拉格光栅220生成透射的第二反馈光信号、和反射到光环形器260的反射信号。

根据本公开的实施例，光电振荡器环路200还可以包括光纤。光纤适用于为来自于光环形器260的反射信号提供光路延迟，并将延迟的反射信号输入到第一光电转换器210。

根据本公开的实施例，光环形器260、相移光纤布拉格光栅220、光耦合器360、第二光电转换器310之间依次通过光纤跳线连接。光环形器260、光纤、第一光电转换器210之间依次通过光纤跳线连接。

根据本公开的实施例，由于链路中存在噪声信号，因此扫频光信号经过相位调制器240后输出的第一调制光信号中会包含功率相等、相位相反的光边带。

根据本公开的实施例，第一调制光信号通过环形器进入相移光纤布拉格光栅220，使得相移光纤布拉格光栅220生成透射的第二反馈光信号、和反射到光环形器260的反射信号。环形器将反射信号输出至长光纤，此时第一调制光信号的某一波长的边带由于相移光纤布拉格光栅220的陷波滤波作用，其功率或者相位发生改变。

根据本公开的实施例，反射信号经过第一光电转换器210进行光电转换，实现微波光子滤波，产生扫频电信号。

根据本公开的实施例，偏振控制器250用于改变第一调制光信号的偏振态，使其为相移光纤布拉格光栅220的最佳偏振态。光纤用于提供光路延时，提高光电振荡器环路200谐振腔的品质因数以提高信号质量，例如Q值。电耦合器230用于将电信号分成两路，如扫频信号和反馈扫频信号，其中一路闭合环路，另外一路不断输出产生的扫频信号。

根据本公开的实施例，光电振荡器环路200还可以包括一个或多个第二电放大器270。第二电放大器270适用于对经电耦合器230处理得到的反馈扫频信号进行放大，并将放大的反馈扫频信号输入到相位调制器240。

根据本公开的实施例，第一光电转换器210、电耦合器230、第二电放大器270、相位调制器240之间依次通过电缆连接。

根据本公开的实施例，电放大器用于增大电信号功率，维持光电振荡器环路200的起振状态。

根据本公开的实施例，扫频光发生模块100还可以包括第二射频源130和强度调制器140。第二射频源130用于生成初始扫频电信号。强度调制器140适用于根据初始扫频电信号对来自于分光器120的扫频光信号进行调制以生成第二调制光信号，其中，第二调制光信号包括单频光载波和多个扫频光边带。

根据本公开的实施例，第二射频源130通过电缆与强度调制器140连接。

根据本公开的实施例，强度调制器140用于电光调制，可以包括马赫曾德调制器(MZM)、双平行马赫曾德调制器(DPMZM)或双偏振双平行马赫曾德调制器(DP-DPMZM)。

根据本公开的实施例，扫频光发生模块100还可以包括光滤波器150。光滤波器150适用于对第二调制光信号进行过滤，以得到频率连续变化的连续光信号。

根据本公开的实施例，光滤波器150可以将第二调制光信号中的扫频光边带滤出，以得到频率连续变化的连续光信号。

根据本公开的实施例，扫频光发生模块100还可以包括一个或多个光放大器160。光放大器160适用于对连续光信号进行放大，并将放大的连续光信号输入到光电振荡器环路200的相位调制器240，相位调制器240根据来自于电耦合器230的反馈扫频信号对来自于放大器的连续光信号进行调制并生成包含功率相等、相位相反的光边带的第一调制光信号。

根据本公开的实施例，相移光纤布拉格光栅220适用于透射具有预定波长的光信号作为第二反馈光信号，并反射其余的具有预定段波长范围的光信号作为反射信号。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (6)

1.一种扫频电信号生成系统，包括：

扫频光发生模块，包括：

半导体激光器，适用于生成单频光信号；以及

分光器，适用于将所述单频光信号生成扫频光信号和第一反馈光信号；

光电振荡器环路，包括：

第一光电转换器，适用于基于所述扫频光信号产生扫频电信号；以及

相移光纤布拉格光栅，适用于基于所述扫频光信号产生第二反馈光信号；以及

检测反馈模块，包括：

第二光电转换器，适用于根据所述第一反馈光信号和第二反馈光信号产生反馈电信号；

射频源，适用于产生单频电信号；以及

鉴频器，适用于基于所述单频电信号和反馈电信号产生用于控制所述半导体激光器的控制信号，以调整所述半导体激光器产生的所述单频光信号的波长，进而调整所述扫频电信号的频率；

所述光电振荡器环路还包括：

电耦合器，适用于根据第一光电转换器产生的所述扫频电信号产生输出的扫频信号和反馈扫频信号；

相位调制器，适用于根据来自于所述电耦合器的反馈扫频信号对来自于所述分光器的扫频光信号进行调制并生成包含功率相等、相位相反的光边带的第一调制光信号；

偏振控制器，适用于改变所述调制光信号的偏振状态，以符合所述相移光纤布拉格光栅的偏振状态；以及

光环形器，所述光环形器的第一端口接受来自于所述偏振控制器的调制光信号，所述调制光信号经所述光环形器的第二端口输入到所述相移光纤布拉格光栅，使得所述相移光纤布拉格光栅生成透射的第二反馈光信号、和反射到所述光环形器的反射信号；

其中，所述相移光纤布拉格光栅适用于透射具有预定波长的光信号作为所述第二反馈光信号，并反射其余的具有预定段波长范围的光信号作为所述反射信号。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

温控电路，适用于控制所述半导体激光器的温度，以使得所述半导体激光器生成频率稳定的所述单频光信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测反馈模块还包括：

电滤波器，适用于对所述第二光电转换器产生的反馈电信号进行滤波；以及

除频器，适用于将经滤波的所述反馈电信号降为低频电信号并输送到所述鉴频器。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述检测反馈模块还包括：

第一电放大器，适用于对经所述电滤波器滤波的反馈电信号进行放大，并将放大的所述反馈电信号输入到所述除频器。

5.根据权利要求1所述的系统，所述光电振荡器环路还包括：

光纤，适用于为来自于所述光环形器的反射信号提供光路延迟，并将延迟的反射信号输入到所述第一光电转换器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫频光发生模块还包括：

第二射频源，用于生成初始扫频电信号；以及

强度调制器，适用于根据所述初始扫频电信号对来自于所述分光器的扫频光信号进行调制以生成第二调制光信号，其中，所述第二调制光信号包括单频光载波和多个扫频光边带；光滤波器，适用于对所述第二调制光信号进行过滤，以得到频率连续变化的连续光信号；光放大器，适用于对所述连续光信号进行放大，并将放大的连续光信号输入到所述光电振荡器环路的相位调制器，所述相位调制器根据来自于所述电耦合器的反馈扫频信号对来自于所述放大器的连续光信号进行调制并生成包含功率相等、相位相反的光边带的第一调制光信号。

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