CN116819486A - 一种双输出光电振荡器系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种双输出光电振荡器系统，包括：第一激光器、第二激光器、相位调制器、光纤、第一光环形器、第二光环形器、相移光栅、光电探测器和带通滤波器，其中，所述相位调制器分别与所述第一激光器和所述光纤连接，所述第一光环形器分别与所述光纤、所述第二激光器和所述第二光环形器连接，所述第二光环形器分别与所述相移光栅和所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述带通滤波器连接。本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统基于光电振荡器环路，通过利用受激布里渊效应和相移光栅实现双带通微波光子滤波器进而实现双输出，实现同时产生相参的本振和宽带信号。
Description
技术领域
本申请涉及雷达领域，尤其涉及一种双输出光电振荡器系统。
背景技术
雷达作为战场上主要信息来源的军事装备，在战争中是各种武器和兵种的“眼睛”，是全天候、全天时、各种复杂环境下发现各种威胁的重要手段。雷达通过发射天线将微波信号发射到空中，利用目标遇到电磁波产生的二次辐射对目标进行探测、定位，然后对接收到的回波信号进行信号处理，获得目标形状、形态以及运动行为等信息以实现目标精确识别的预警情报需求。然而受复杂背景环境(陆地、城市、海洋等)以及目标复杂运动特性的影响，例如强杂波极易湮没目标回波信号，并形成大量类似于目标的尖峰信号，严重影响雷达对弱小目标的探测和监视性能等。所以目标雷达回波特性的复杂使得雷达对动目标的探测性能难以满足实际需求。复杂背景下对目标的精确识别成为了雷达性能进一步提升的关键，低相噪的雷达发射信号和本振信号有助于上述能力的实现，而现有电子技术在产生上述低相噪信号时遇到瓶颈。
微波光子技术作为微波电子技术和光学技术相结合的新兴交叉领域，具备高频低相噪、超宽带、低损耗及高可调谐能力等优势。通过发挥电技术的精细、灵活以及光的宽带与低损耗传输的优势使微波光子雷达能够提供更高的信号频率，更快的采样和处理速度，更宽的信号及传输带宽，更低的基准源噪声和传输损耗，有效突破了单纯电子系统的局限，结合其还具有功耗低、重量轻、尺寸小、抗电磁干扰等诸多优势，为欲破现有雷达发展困境提供了一条有效路径。低相噪的基准信号光产生是微波光子技术发展的重点方向之一，其中典型代表就是光电振荡器技术。
光电振荡器(OEO)作为一种新型的信号发生器，充分结合了光电技术的优势，通过高效光学器件和微波振荡理论，能够产生高Q值、高频谱纯度和低相位噪声的微波信号，且可以同时输出高质量的光信号和电信号。其产生信号的低相噪特性能够有效提高在复杂环境下对目标的探测性能。OEO产生的微波信号能够满足现代宽带雷达系统对发射信号的要求，具有很强的应用背景，因此对其研究具有十分重要的意义。目前已有多种类型OEO、可产生单频信号、宽带信号以及相位编码信号等。1996年，Yao.S和Maleki.L第一次在真正意义上提出了目前所广泛研究的光电振荡器的系统，并进行了理论分析。2018年，Tengfei Hao提出了一种傅里叶域锁模光电振荡器(FDML-OEO)，直接从OEO腔中产生了一种啁啾率高达0.34GHz/μs、时间带宽积高达166,650的线性调频信号。2020年，Zengting Ge等人结合随机散射和受激拉曼效应，基于光电振荡器实现了DC-40GHz的超宽带随机微波信号的产生。2020年，Ranran Liu等人利用FDML-OEO结构同时产生了带宽8GHz、时宽带宽积为173856的相位编码信号。然而，面对雷达装备下变频接收目标回波具体实现要求，同时产生相参的低相噪单频和宽带信号微波光子波形产生方法还未见报道。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种双输出光电振荡器系统。
第一方面，本申请提供了一种双输出光电振荡器系统，包括：第一激光器、第二激光器、相位调制器、光纤、第一光环形器、第二光环形器、相移光栅、光电探测器和带通滤波器，其中，所述相位调制器分别与所述第一激光器和所述光纤连接，所述第一光环形器分别与所述光纤、所述第二激光器和所述第二光环形器连接，所述第二光环形器分别与所述相移光栅和所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述带通滤波器连接。
优选地，还包括：电耦合器，所述电耦合器分别与所述相位调制器和所述带通滤波器连接。
优选地，还包括：频谱仪，所述频谱仪与所述电耦合器连接。
优选地，还包括：直接数字频率合成信号发生器，所述直接数字频率合成信号发生器与所述第一激光器连接。
优选地，还包括：光滤波器，所述光滤波器分别与所述第二激光器和所述第一光环形器连接。
优选地，还包括：强度调制器，所述强度调制器分别与所述第二激光器和所述光滤波器连接。
优选地，还包括：任意波形发生器，所述任意波形发生器与所述强度调制器连接。
优选地，还包括：直接数字频率合成信号发生器，所述直接数字频率合成信号发生器与所述第二激光器连接。
优选地，所述第一激光器的输出口与所述相位调制器的光输入口以光波导的连接方式相连。
优选地，所述第一光环行器与所述第二光环行器以光波导的连接方式相连。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统基于光电振荡器环路，通过利用受激布里渊效应和相移光栅实现双带通微波光子滤波器进而实现双输出，实现同时产生相参的本振和宽带信号；克服了传统的电子技术在产生相参、低相噪的本振和宽带信号方面存在的带宽、频带的约束瓶颈；通过结合光电混合集成技术，激光器、电光调制器、光滤波器、光电探测器、射频放大器可部分或全部集成到一个模块或芯片中，使系统体积更小。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统产生双宽带信号的结构图；
图3(a)为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统产生相参的本振和宽带信号的第一实施例结构图；
图3(b)为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统产生相参的本振和宽带信号的第二实施例结构图；
图4为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统信号光扫频时的光谱示意图；
图5为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统泵浦光信号扫频时的光谱示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。
图1为本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统的示意图。
如图1所示，本发明提供了一种双输出光电振荡器系统，其中，最基础的系统结构包括：第一激光器、第二激光器、相位调制器、第一光环行器、第二光环行器、相移光栅、光电探测器、光纤、带通滤波器。本申请利用第一激光器、第二激光器、相位调制器、第一光环行器、第二光环行器、光电探测器实现基于受激布里渊散射效应的微波光子滤波器；利用第一激光器、第二激光器、相位调制器、相移光栅、光电探测器实现基于相移光栅的微波光子滤波器。本申请通过器件的结合应用，将能实现双输出光电振荡器。
如图2所示，若要在图1的基础结构上实现双宽带信号同时产生，则结构中还包括直接数字频率合成(DDS)信号发生器。
进一步地，若要在图1的基础结构上实现相参的本振和宽带信号同时产生，有两种实现方法：在第一种实现方法中，宽带泵浦光由图3(a)所示的结构产生，图3(a)所示的结构除了基本结构外，还包括任意波形发生器、一个强度调制器(马赫曾德尔调制器)和一个光滤波器。
在第二种实现方法中，宽带泵浦光由图3(b)所示的结构产生，图3(b)所示的结构包括直接数字频率合成(DDS)信号发生器。和第一种实验方法相比，第二种实验方法的优点在于不需要外注入信号，所有信号均为同一环路产生。
进一步地，为了实现系统的集成化，通过结合光电混合集成技术，激光器电光调制器、光滤波器、光电探测器、射频放大器、电信号源等可部分或全部集成到一个模块中，使系统体积更小。
在基本结构中，第一激光器的输出口与相位调制器的光输入口以光波导的连接方式相连，相位调制器的输出口与光隔离器的光输入口以光波导的连接方式相连，光隔离器的输出口与光纤的一端以光波导的连接方式相连，另一端与第二激光器的输出口与第一光环行器的2口以光波导的连接方式相连，第二激光器的输出口与第一光环行器的1口以光波导的连接方式相连，第一光环行器的3口与第二光环行器的1口以光波导的连接方式相连，第二光环行器的2口与相移光栅的一端以光波导的连接方式相连，第二光环行器的3口与光电探测器的光输入口相连，光电探测器的射频输出口与带通滤波器的输入口以射频波导的连接方式相连，带通滤波器的输出口与相位调制器的射频输入口以射频波导的连接方式相连。
若要在基础结构上实现两个宽带信号产生，则将DDS信号发生器的输出口与第一激光器的射频输入口以射频波导的连接方式相连。
若要在基础结构上同时产生相参的本振和宽带信号，由第一种实验方法，将DDS信号发生器的输出口与第二激光器的射频输入口以射频波导的连接方式相连。
由第二种实验方法。则第二激光器的输出口与马赫曾德尔调制器的输入口以光波导的连接形式相连，任意波形发生器的输出口与马赫曾德尔调制器的射频输入口以波导的连接方式相连，马赫曾德尔调制器的输出口与光滤波器的输入口以光波导的连接形式相连，光滤波器的输出口与光环行器的1口以光波导的连接方式相连。
在本申请提供的系统中，第一激光器输出波长在1550.166nm的单频连续光信号作为原始载波输入至相位调制器与输入的电信号进行相位调制，输出的相位调制光信号进入光隔离器，进而在光纤中正向传输。第二激光器输出波长在1550.027nm的单频连续光信号作为泵浦光源输入到第一光环行器的1口，并从2口输出，在光纤中反向传输。信号光和泵浦光在光纤中相向传输，在一定条件下发生受激布里渊散射效应，在频率比泵浦光低vB(一个布里渊频移量)的地方产生增益谱，在频率比泵浦光高vB的地方产生衰减谱，因此可以对探测光(信号光)的相位调制边带进行增益和衰减，完成相位调制到强度调制的转换，然后输入至第二光环行器的1口，从第二光环行器的2口输出进入相移光栅，滤出单边带相位调制信号，同样能够实现相位调制到强度调制的转换。相移光栅凹口在波长1550.12nm处。通过合理的设置实验参数，完成转换后的调制信号经光电探测器拍频后，可得到两个中心频率不同的单频信号。环路中包含的电滤波器为中心频率5GHz,带宽2GHz的带通滤波器。
若通过信号发生器给信号光注入一个三角波的驱动信号，使其周期与环路延时同步时，扫频的光信号会分别和相移光栅以及受激布里渊的两个通带拍频产生两个中心频率分别在f1、f2且带宽可调的线性调频信号信号。通过调谐第一激光器的波长，可以实现线性调频信号中心频率的调谐，通过更改驱动信号的幅度，可以实现线性调频信号带宽的调谐。光谱示意图如图4所示。
在此基础上，将泵浦光信号通过实现方法一或者实现方法二进行展宽，当驱动泵浦光信号扫频的周期与光电振荡环路延时同步时，光电振荡环路就能够形成稳定振荡。信号光和相移光栅产生的通带拍频产生稳定的单频信号f1，信号光与受激布里渊效应产生的通带拍频产生的是中心频率为f2的扫频微波信号。通过调谐第二激光器的波长能够实现线性调频信号中心频率从f2min到f2max的调谐，通过更改驱动信号的幅度，可以实现线性调频信号带宽的调谐。光谱示意图如图5所示。
根据需要，可在环路中相应位置添加电放大器或光放大器、光衰减器以调节环路中信号增益。
根据需要，可在环路中相应位置添加光滤波器或电滤波器以实现环路中信号的筛选。
可选地，链路中发生受激布里渊效应的光纤为高非线性光纤。根据需要，链路中的相移光栅可以为FBG-FP腔。
本申请实施例提供的一种双输出光电振荡器系统基于光电振荡器环路，通过利用受激布里渊效应和相移光栅实现双带通微波光子滤波器进而实现双输出，实现同时产生相参的本振和宽带信号；克服了传统的电子技术在产生相参、低相噪的本振和宽带信号方面存在的带宽、频带的约束瓶颈；通过结合光电混合集成技术，激光器、电光调制器、光滤波器、光电探测器、射频放大器可部分或全部集成到一个模块或芯片中，使系统体积更小。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种双输出光电振荡器系统，其特征在于，包括：第一激光器、第二激光器、相位调制器、光纤、第一光环形器、第二光环形器、相移光栅、光电探测器和带通滤波器，其中，所述相位调制器分别与所述第一激光器和所述光纤连接，所述第一光环形器分别与所述光纤、所述第二激光器和所述第二光环形器连接，所述第二光环形器分别与所述相移光栅和所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述带通滤波器连接。
2.根据权利要求1所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：电耦合器，所述电耦合器分别与所述相位调制器和所述带通滤波器连接。
3.根据权利要求2所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：频谱仪，所述频谱仪与所述电耦合器连接。
4.根据权利要求1所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：直接数字频率合成信号发生器，所述直接数字频率合成信号发生器与所述第一激光器连接。
5.根据权利要求1所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：光滤波器，所述光滤波器分别与所述第二激光器和所述第一光环形器连接。
6.根据权利要求5所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：强度调制器，所述强度调制器分别与所述第二激光器和所述光滤波器连接。
7.根据权利要求6所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：任意波形发生器，所述任意波形发生器与所述强度调制器连接。
8.根据权利要求1所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，还包括：直接数字频率合成信号发生器，所述直接数字频率合成信号发生器与所述第二激光器连接。
9.根据权利要求1所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，所述第一激光器的输出口与所述相位调制器的光输入口以光波导的连接方式相连。
10.根据权利要求1所述的双输出光电振荡器系统，其特征在于，所述第一光环行器与所述第二光环行器以光波导的连接方式相连。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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