CN117148646A - 一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器和振荡方法 - Google Patents
一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器和振荡方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器和振荡方法，其振荡器包括第一激光器、第一半导体光放大器、第一光环形器、第一高非线性光纤、第二光环形器、第一光分束器、第一光电探测器、第三光环形器、第二激光器、第二半导体光放大器、第一可调光延时线、第三激光器。该发明采用全光振荡结构，利用半导体光放大器的非线性效应进行光光信号调制，利用布里渊散射效应进行振荡信号选频，通过环路中双波长激光器的游标效应保证环路单模振荡。该发明能够振荡产生特定频率的光信号，将振荡产生的光信号与第一激光器耦合后拍频，可以得到具有低噪声的电信号。该发明结构简单，具有低成本、易实现等特点，同时克服了半导体光放大器中存在的增益竞争特性导致无法进行多载波调制的难题，可以为通信、雷达等应用提供高质量的微波/毫米波信号。
Description
技术领域
本发明涉及微波/毫米波信号发生领域，尤其涉及一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器和振荡方法。
背景技术
高质量的微波/毫米波信号对雷达、通信等应用具有重要意义，能够提升雷达的灵敏度、通信系统的容量，因此，研究其发生技术具有重要的现实意义和经济价值。
全光振荡器作为一种新型的高质量微波/毫米波信号发生装置，避免了传统光电振荡器中光电/电光转换过程，能量转换效率高，且便于集成，具有实现太赫兹频段高质量信号发生的潜力。目前，常用的使全光振荡器单模振荡的方法主要有两大类：一类是双环结构，使用两个不等长的光环路，利用游标效应使环路产生单模振荡信号；另一类是光注入锁定，将一个独立的激光信号注入到振荡光环路中，并与振荡光信号耦合后调制到半导体光放大器上。双环结构难以有效地抑制边模以及保证稳定的振荡，目前的光注入锁定方法需要用到独立的激光器、电光调制器、分布式反馈激光器、电信号发生器等器件，并且需要仔细调节注入的光信号的频率，使其频率与振荡光信号的频率在锁定带宽内，不仅结构复杂、成本高，而且工程实现难度大。
发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器和振荡方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：
作为本发明的第一种结构形式，一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，包括第一激光器、第一半导体光放大器、第一光环形器、第一高非线性光纤、第二光环形器、第一光分束器、第一光电探测器、第三光环形器、第二激光器、第二半导体光放大器、第一可调光延时线、第三激光器；
第一激光器、第一半导体光放大器、第一光环形器、第一高非线性光纤、第二光环形器、第一光分束器、第一光电探测器通过光纤相连；第一光分束器、第三光环形器通过光纤相连；
由第一激光器发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第一半导体光放大器的光输入端，经第一半导体光放大器放大后，光信号注入到第一光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第一光环形器的第三端口输出的光信号经第一高非线性光纤传输后，到达第二光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第二光环形器的第三端口输出的光信号被第一光分束器分为两路；从第一光分束器的第一光输出端输出的光信号经第一光电探测器转换为电信号；从第一光分束器的第二光输出端输出的光信号到达第三光环形器的第一端口；
第二激光器、第二半导体光放大器、第三光环形器、第一可调光延时线、第一光环形器通过光纤相连；
由第二激光器发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第二半导体光放大器的光输入端，经第二半导体光放大器放大后，光信号注入到第三光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第三光环形器的第三端口输出的光信号经第一可调光延时线延时后到达第一光环形器的第一端口；
第三激光器、第二光环形器通过光纤相连；
从第三激光器发出的单频光信号到达第二光环形器的第一端口。
作为优选，采用全光振荡器产生低噪声的多波长光信号，拍频后得到低噪声的微波/毫米波信号。
作为优选，采用双波长激光载波保证全光振荡器系统单模振荡，克服了半导体光放大器中存在的增益竞争特性导致无法进行多载波调制的难题。
作为优选，通过调节第一激光器或者第三激光器的频率均可以实现振荡信号的频率调谐。
基于本发明的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡方法，包括以下步骤：
S1：设第一激光器、第二激光器、第三激光器的光频率分别为ω1、ω2、ω3，由第三激光器在第一高非线性光纤中产生的受激布里渊散射频移为vB；在全光振荡环路中，第一激光器和第二激光器作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
S2：当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
S3：假设振荡光信号的频率为ωosc，则ωosc＝ω3-vB，由于第二半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-νB-ω1|)被调制到第二激光器输出的激光载波上，产生双边带调制信号；随后，由于第一半导体光放大器的交叉增益调制效应，被调制的第二激光器输出的光信号被调制到第一激光器输出的激光载波上，构成反馈振荡。
S4：由于第一激光器输出的激光载波和第二激光器输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。
作为优选，由于第一半导体光放大器的反向反射光信号较弱，并且只有位于受激布里渊散射增益带宽内的调制边带实现单模振荡，因此从第一光分束器的第一光输出端输出的光信号为双波长光信号。
作为本发明的第二种结构形式，一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，使用第三光分束器将第三激光器输出的激光信号一分为二，在第三光环形器和第一可调光延时线之间使用光纤依次连接第二高非线性光纤、第四光环形器、第二光分束器，并使用光纤依次连接第二光分束器、第二光电探测器；
即：第一激光器、第一半导体光放大器、第一光环形器、第一高非线性光纤、第二光环形器、第一光分束器、第一光电探测器通过光纤相连；第一光分束器、第三光环形器通过光纤相连；
由第一激光器发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第一半导体光放大器的光输入端，经第一半导体光放大器放大后，光信号注入到第一光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第一光环形器的第三端口输出的光信号经第一高非线性光纤传输后，到达第二光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第二光环形器的第三端口输出的光信号被第一光分束器分为两路；从第一光分束器的第一光输出端输出的光信号经第一光电探测器转换为电信号；从第一光分束器的第二光输出端输出的光信号到达第三光环形器的第一端口；
第二激光器、第二半导体光放大器、第三光环形器、第二高非线性光纤、第四光环形器、第二光分束器、第二光电探测器通过光纤相连；第二光分束器、第一可调光延时线、第一光环形器通过光纤相连。
由第二激光器发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第二半导体光放大器的光输入端，经第二半导体光放大器放大后，光信号注入到第三光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第三光环形器的第三端口输出的光信号经第二高非线性光纤传输后，到达第四光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第四光环形器的第三端口输出的光信号被第二光分束器分为两路；从第二光分束器的第一光输出端输出的光信号经第二光电探测器转换为电信号；从第二光分束器的第二光输出端输出的光信号经第一可调光延时线延时后到达第一光环形器的第一端口；
第三激光器、第三光分束器通过光纤相连，第三光分束器与第二光环形器、第四光环形器分别通过光纤相连；
从第三激光器发出的单频光信号被第三光分束器分为两路；从第三光分束器的第一光输出端输出的光信号到达第二光环形器的第一端口，从第三光分束器的第二光输出端输出的光信号到达第四光环形器的第一端口。
作为优选，第三激光器输出的激光信号分别在第一高非线性光纤、第二高非线性光纤中产生频移量相同的受激布里渊散射信号，并且从第一光分束器的第一光输出端、第二光分束器的第一光输出端输出的光信号均为具有不同频率间隔的双波长光信号；同时，通过调节第一激光器、第二激光器或者第三激光器的频率均可以实现振荡信号的频率调谐；
基于本发明的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡方法，包括以下步骤：
S1：设第一激光器、第二激光器、第三激光器的光频率分别为ω1、ω2、ω3，由第三激光器在第一高非线性光纤、第二高非线性光纤中产生的受激布里渊散射频移均为νB；在全光振荡环路中，第一激光器和第二激光器作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
S2：当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
S3：假设振荡光信号的频率为ωosc，则ωosc＝ω3-vB，由于第二半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-νB-ω1|)被调制到第二激光器输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号；随后，由于第一半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡光信号与第二激光器输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω2＝|ω3-vB-ω2|)被调制到第一激光器输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号，构成反馈振荡。
S4：由于第一激光器输出的激光载波和第二激光器输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。由于Δω1与Δω2可以具有不同的值，因此可以从第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别得到两种不同频率的低噪声微波/毫米波信号。
作为本发明的第三种结构形式，一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，使用第四激光器在第二高非线性光纤中产生受激布里渊散射信号。
第一激光器、第一半导体光放大器、第一光环形器、第一高非线性光纤、第二光环形器、第一光分束器、第一光电探测器通过光纤相连；第一光分束器、第三光环形器通过光纤相连；
由第一激光器发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第一半导体光放大器的光输入端，经第一半导体光放大器放大后，光信号注入到第一光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第一光环形器的第三端口输出的光信号经第一高非线性光纤传输后，到达第二光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第二光环形器的第三端口输出的光信号被第一光分束器分为两路；从第一光分束器的第一光输出端输出的光信号经第一光电探测器转换为电信号；从第一光分束器的第二光输出端输出的光信号到达第三光环形器的第一端口；
第二激光器、第二半导体光放大器、第三光环形器、第二高非线性光纤、第四光环形器、第二光分束器、第二光电探测器通过光纤相连；第二光分束器、第一可调光延时线、第一光环形器通过光纤相连。
由第二激光器发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第二半导体光放大器的光输入端，经第二半导体光放大器放大后，光信号注入到第三光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第三光环形器的第三端口输出的光信号经第二高非线性光纤传输后，到达第四光环形器的第二端口，并从其第三端口输出；从第四光环形器的第三端口输出的光信号被第二光分束器分为两路；从第二光分束器的第一光输出端输出的光信号经第二光电探测器转换为电信号；从第二光分束器的第二光输出端输出的光信号经第一可调光延时线延时后到达第一光环形器的第一端口；
第四激光器通过光纤连接第四光环形器的第一端口。
基于本发明的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡方法，包括以下步骤：
S1：设第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器的光频率分别为ω1、ω2、ω3、ω4，由第三激光器在第一高非线性光纤中产生的受激布里渊散射频移均为vB1，由第四激光器在第二高非线性光纤中产生的受激布里渊散射频移为vB2；在全光振荡环路中，第一激光器和第二激光器作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
S2：当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
S3：由于第二半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-vB1-ω1|)被调制到第二激光器输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号；随后，由于第一半导体光放大器的交叉增益调制效应，振荡光信号与第二激光器输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω2＝|ω3-vB2-ω2|)被调制到第一激光器输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号，构成反馈振荡。
S4：由于第一激光器输出的激光载波和第二激光器输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。由于Δω1与Δω2可以具有不同的值，因此可以从第一光电探测器和第二光电探测器的输出端分别得到两种不同频率的低噪声微波/毫米波信号。
本发明基于全光振荡结构，利用双载波激光实现单环结构的单模振荡，同时利用布里渊散射效应辅助实现单频、多频低噪声微波/毫米波信号的发生，保证基于光光信号调制的振荡器能够容易实现单模振荡，推进了多频全光振荡器的实现，并且简化了全光振荡器的实现难度，将振荡产生的光信号进行拍频即可实现微波/毫米波信号的高质量发生。
本发明的有益效果是：该发明采用全光振荡结构，利用半导体光放大器的非线性效应进行光光信号调制，利用布里渊散射效应进行振荡信号选频，通过环路中双波长激光器的游标效应保证环路单模振荡。该发明能够振荡产生特定频率的光信号，将振荡产生的光信号与第一激光器耦合后拍频，可以得到具有低噪声的电信号，结构简单，具有低成本、易实现等特点，同时克服了半导体光放大器中存在的增益竞争特性导致无法进行多载波调制的难题，可以为通信、雷达等应用提供高质量的微波/毫米波信号。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是第三激光器(12)产生的受激布里渊散射中心频率、第一激光器(1)输出信号的频率、第二激光器(2)输出信号的频率之间的关系示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4是本发明实施例3的结构示意图；
图5是第三激光器(12)产生的受激布里渊散射中心频率、第四激光器(36)产生的受激布里渊散射中心频率、第一激光器(1)输出信号的频率、第二激光器(2)输出信号的频率之间的关系示意图。
具体实施方式
以下结合本发明实施例中的附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，包括第一激光器1、第一半导体光放大器2、第一光环形器3、第一高非线性光纤4、第二光环形器5、第一光分束器6、第一光电探测器7、第三光环形器8、第二激光器9、第二半导体光放大器10、第一可调光延时线11、第三激光器12；
设第一激光器1、第二激光器9、第三激光器12的光频率分别为ω1、ω2、ω3，由第三激光器12在第一高非线性光纤4中产生的受激布里渊散射频移为vB；在全光振荡环路中，第一激光器1和第二激光器9作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器2和第二半导体光放大器10的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；受激布里渊散射中心频率与第一激光器1、第二激光器9输出光载波的频率之间的关系如图2所示；
假设振荡光信号的频率为ωosc，则ωosc＝ω3-vB。由于第二半导体光放大器10的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器1输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-vB-ω1|)被调制到第二激光器9输出的激光载波上，产生双边带调制信号；随后，由于第一半导体光放大器2的交叉增益调制效应，被调制的第二激光器9输出的光信号被调制到第一激光器1输出的激光载波上，构成反馈振荡。
由于第一激光器1输出的激光载波和第二激光器9输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。
实施例2
可选地，作为本发明的另一个实施例，如图3所示，包括第一激光器1、第一半导体光放大器2、第一光环形器3、第一高非线性光纤4、第二光环形器5、第一光分束器6、第一光电探测器7、第三光环形器8、第二激光器9、第二半导体光放大器10、第一可调光延时线11、第三激光器12、第二高非线性光纤24、第四光环形器25、第二光分束器26、第二光电探测器27、第三光分束器28。
设第一激光器1、第二激光器9、第三激光器12的光频率分别为ω1、ω2、ω3，由第三激光器12在第一高非线性光纤4、第二高非线性光纤24中产生的受激布里渊散射频移均为νB；在全光振荡环路中，第一激光器1和第二激光器9作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器2和第二半导体光放大器10的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
假设振荡光信号的频率为ωosc，则ωosc＝ω3-νB，由于第二半导体光放大器10的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器1输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-νB-ω1|)被调制到第二激光器9输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号；随后，由于第一半导体光放大器2的交叉增益调制效应，振荡光信号与第二激光器9输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω2＝|ω3-vB-ω2|)被调制到第一激光器1输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号，构成反馈振荡。
由于第一激光器1输出的激光载波和第二激光器9输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。由于Δω1与Δω2可以具有不同的值，因此可以从第一光电探测器7和第二光电探测器27的输出端分别得到两种不同频率的低噪声微波/毫米波信号。
本实施例2与图1所示实施例1的工作原理相同，区别在于使用第三光分束器28将第三激光器12输出的激光信号一分为二，在第三光环形器8和第一可调光延时线11之间使用光纤依次连接第二高非线性光纤24、第四光环形器25、第二光分束器26，并使用光纤依次连接第二光分束器26、第二光电探测器27，通过在第一半导体光放大器和第二半导体光放大器的光输出端引入受激布里渊散射信号，振荡产生频率间隔不同的两个双波长光信号。
实施例3
可选地，作为本发明的另一个实施例，如图4所示，包括第一激光器1、第一半导体光放大器2、第一光环形器3、第一高非线性光纤4、第二光环形器5、第一光分束器6、第一光电探测器7、第三光环形器8、第二激光器9、第二半导体光放大器10、第一可调光延时线11、第三激光器12、第二高非线性光纤24、第四光环形器25、第二光分束器26、第二光电探测器27、第四激光器36。
设第一激光器1、第二激光器9、第三激光器12、第四激光器36的光频率分别为ω1、ω2、ω3、ω4，由第三激光器12在第一高非线性光纤4中产生的受激布里渊散射频移均为νB1，由第四激光器36在第二高非线性光纤24中产生的受激布里渊散射频移为νB2；在全光振荡环路中，第一激光器1和第二激光器9作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器2和第二半导体光放大器10的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；受激布里渊散射中心频率与第一激光器1、第二激光器9输出光载波的频率之间的关系如图5所示；
由于第二半导体光放大器10的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器1输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-vB1-ω1|)被调制到第二激光器9输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号；随后，由于第一半导体光放大器2的交叉增益调制效应，振荡光信号与第二激光器9输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω2＝|ω4-vB2-ω2|)被调制到第一激光器1输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号，构成反馈振荡。
由于第一激光器1输出的激光载波和第二激光器9输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。由于Δω1与Δω2可以具有不同的值，因此可以从第一光电探测器7和第二光电探测器27的输出端分别得到两种不同频率的低噪声微波/毫米波信号。
本实施例3与图1所示实施例1、图3所示实施例2的工作原理相同，区别在于使用第四激光器36在第二高非线性光纤中产生受激布里渊散射信号，振荡产生频率间隔独立可调的两个双波长光信号。
本发明采用全光振荡结构，利用双载波激光实现单环结构的单模振荡，同时利用布里渊散射效应辅助实现单频、多频低噪声微波/毫米波信号的发生，保证基于光光信号调制的振荡器能够容易实现单模振荡，推进了多频全光振荡器的实现，并且简化了全光振荡器的实现难度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：包括第一激光器(1)、第一半导体光放大器(2)、第一光环形器(3)、第一高非线性光纤(4)、第二光环形器(5)、第一光分束器(6)、第一光电探测器(7)、第三光环形器(8)、第二激光器(9)、第二半导体光放大器(10)、第一可调光延时线(11)、第三激光器(12)；
第一激光器(1)、第一半导体光放大器(2)、第一光环形器(3)、第一高非线性光纤(4)、第二光环形器(5)、第一光分束器(6)、第一光电探测器(7)通过光纤相连；第一光分束器(6)、第三光环形器(8)通过光纤相连；
由第一激光器(1)发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第一半导体光放大器(2)的光输入端，经第一半导体光放大器(2)放大后，光信号注入到第一光环形器(3)的第二端口(14)，并从其第三端口(15)输出；从第一光环形器(3)的第三端口(15)输出的光信号经第一高非线性光纤(4)传输后，到达第二光环形器(5)的第二端口(17)，并从其第三端口(18)输出；从第二光环形器(5)的第三端口(18)输出的光信号被第一光分束器(6)分为两路；从第一光分束器(6)的第一光输出端(19)输出的光信号经第一光电探测器(7)转换为电信号；从第一光分束器(6)的第二光输出端(20)输出的光信号到达第三光环形器(8)的第一端口(21)；
第二激光器(9)、第二半导体光放大器(10)、第三光环形器(8)、第一可调光延时线(11)、第一光环形器(3)通过光纤相连；
由第二激光器(9)发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第二半导体光放大器(10)的光输入端，经第二半导体光放大器(10)放大后，光信号注入到第三光环形器(8)的第二端口(22)，并从其第三端口(23)输出；从第三光环形器(8)的第三端口(23)输出的光信号经第一可调光延时线(11)延时后到达第一光环形器(3)的第一端口(13)；
第三激光器(12)、第二光环形器(5)通过光纤相连；
从第三激光器(12)发出的单频光信号到达第二光环形器(5)的第一端口(16)。
2.如权利要求1所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：采用全光振荡器产生低噪声的多波长光信号，拍频后得到低噪声的微波/毫米波信号。
3.如权利要求1所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：采用双波长激光载波保证全光振荡器系统单模振荡，克服半导体光放大器中存在的增益竞争特性导致无法进行多载波调制的难题。
4.如权利要求1所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：通过调节第一激光器(1)或者第三激光器(12)的频率均能实现振荡信号的频率调谐。
5.基于权利要求1-4中任意一项所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设第一激光器、第二激光器、第三激光器的光频率分别为ω1、ω2、ω3，由第三激光器在第一高非线性光纤(4)中产生的受激布里渊散射频移为vB；在全光振荡环路中，第一激光器和第二激光器作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
S2：当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器(2)和第二半导体光放大器(10)的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
S3：假设振荡光信号的频率为ωosc，则ωosc＝ω3-vB，由于第二半导体光放大器(10)的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器(1)输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-νB-ω1|)被调制到第二激光器(9)输出的激光载波上，产生双边带调制信号；随后，由于第一半导体光放大器(2)的交叉增益调制效应，被调制的第二激光器(9)输出的光信号被调制到第一激光器(1)输出的激光载波上，构成反馈振荡。
S4：由于第一激光器(1)输出的激光载波和第二激光器(9)输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。
6.如权利要求5所述的振荡方法，其特征在于：由于第一半导体光放大器(2)的反向反射光信号较弱，并且只有位于受激布里渊散射增益带宽内的调制边带实现单模振荡，因此从第一光分束器(6)的第一光输出端(19)输出的光信号为双波长光信号。
7.一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：使用第三光分束器(28)将第三激光器(12)输出的激光信号一分为二，在第三光环形器(8)和第一可调光延时线(11)之间使用光纤依次连接第二高非线性光纤(24)、第四光环形器(25)、第二光分束器(26)，并使用光纤依次连接第二光分束器(26)、第二光电探测器(27)；
第一激光器(1)、第一半导体光放大器(2)、第一光环形器(3)、第一高非线性光纤(4)、第二光环形器(5)、第一光分束器(6)、第一光电探测器(7)通过光纤相连；第一光分束器(6)、第三光环形器(8)通过光纤相连；
由第一激光器(1)发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第一半导体光放大器(2)的光输入端，经第一半导体光放大器(2)放大后，光信号注入到第一光环形器(3)的第二端口(14)，并从其第三端口(15)输出；从第一光环形器(3)的第三端口(15)输出的光信号经第一高非线性光纤(4)传输后，到达第二光环形器(5)的第二端口(17)，并从其第三端口(18)输出；从第二光环形器(5)的第三端口(18)输出的光信号被第一光分束器(6)分为两路；从第一光分束器(6)的第一光输出端(19)输出的光信号经第一光电探测器(7)转换为电信号；从第一光分束器(6)的第二光输出端(20)输出的光信号到达第三光环形器(8)的第一端口(21)；
第二激光器(9)、第二半导体光放大器(10)、第三光环形器(8)、第二高非线性光纤(24)、第四光环形器(25)、第二光分束器(26)、第二光电探测器(27)通过光纤相连；第二光分束器(26)、第一可调光延时线(11)、第一光环形器(3)通过光纤相连。
由第二激光器(9)发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第二半导体光放大器(10)的光输入端，经第二半导体光放大器(10)放大后，光信号注入到第三光环形器(8)的第二端口(22)，并从其第三端口(23)输出；从第三光环形器(8)的第三端口(23)输出的光信号经第二高非线性光纤(24)传输后，到达第四光环形器(25)的第二端口(32)，并从其第三端口(33)输出；从第四光环形器(25)的第三端口(33)输出的光信号被第二光分束器(26)分为两路；从第二光分束器(26)的第一光输出端(29)输出的光信号经第二光电探测器(27)转换为电信号；从第二光分束器(26)的第二光输出端(30)输出的光信号经第一可调光延时线(11)延时后到达第一光环形器(3)的第一端口(13)；
第三激光器(12)、第三光分束器(28)通过光纤相连，第三光分束器(28)与第二光环形器(5)、第四光环形器(25)分别通过光纤相连；
从第三激光器(12)发出的单频光信号被第三光分束器(28)分为两路；从第三光分束器(28)的第一光输出端(34)输出的光信号到达第二光环形器(5)的第一端口(16)，从第三光分束器(28)的第二光输出端(35)输出的光信号到达第四光环形器(25)的第一端口(31)。
8.如权利要求7所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：第三激光器(12)输出的激光信号分别在第一高非线性光纤(4)、第二高非线性光纤(24)中产生频移量相同的受激布里渊散射信号，并且从第一光分束器(6)的第一光输出端(19)、第二光分束器(26)的第一光输出端(29)输出的光信号均为具有不同频率间隔的双波长光信号；同时，通过调节第一激光器(1)、第二激光器(9)或者第三激光器(12)的频率均可以实现振荡信号的频率调谐。
9.基于权利要求8所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设第一激光器、第二激光器、第三激光器的光频率分别为ω1、ω2、ω3，由第三激光器在第一高非线性光纤(4)、第二高非线性光纤(24)中产生的受激布里渊散射频移均为vB；在全光振荡环路中，第一激光器和第二激光器作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
S2：当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器(2)和第二半导体光放大器(10)的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
S3：假设振荡光信号的频率为ωosc，则ωosc＝ω3-vB，由于第二半导体光放大器(10)的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器(1)输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-vB-ω1|)被调制到第二激光器(9)输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号；随后，由于第一半导体光放大器(2)的交叉增益调制效应，振荡光信号与第二激光器(9)输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω2＝|ω3-vB-ω2|)被调制到第一激光器(1)输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号，构成反馈振荡。
S4：由于第一激光器(1)输出的激光载波和第二激光器(9)输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。由于Δω1与Δω2可以具有不同的值，因此可以从第一光电探测器(7)和第二光电探测器(27)的输出端分别得到两种不同频率的低噪声微波/毫米波信号。
10.一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器，其特征在于：使用第四激光器(36)在第二高非线性光纤(24)中产生受激布里渊散射信号；
第一激光器(1)、第一半导体光放大器(2)、第一光环形器(3)、第一高非线性光纤(4)、第二光环形器(5)、第一光分束器(6)、第一光电探测器(7)通过光纤相连；第一光分束器(6)、第三光环形器(8)通过光纤相连；
由第一激光器(1)发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第一半导体光放大器(2)的光输入端，经第一半导体光放大器(2)放大后，光信号注入到第一光环形器(3)的第二端口(14)，并从其第三端口(15)输出；从第一光环形器(3)的第三端口(15)输出的光信号经第一高非线性光纤(4)传输后，到达第二光环形器(5)的第二端口(17)，并从其第三端口(18)输出；从第二光环形器(5)的第三端口(18)输出的光信号被第一光分束器(6)分为两路；从第一光分束器(6)的第一光输出端(19)输出的光信号经第一光电探测器(7)转换为电信号；从第一光分束器(6)的第二光输出端(20)输出的光信号到达第三光环形器(8)的第一端口(21)；
第二激光器(9)、第二半导体光放大器(10)、第三光环形器(8)、第二高非线性光纤(24)、第四光环形器(25)、第二光分束器(26)、第二光电探测器(27)通过光纤相连；第二光分束器(26)、第一可调光延时线(11)、第一光环形器(3)通过光纤相连。
由第二激光器(9)发出的可调单频光信号作为光载波，注入到第二半导体光放大器(10)的光输入端，经第二半导体光放大器(10)放大后，光信号注入到第三光环形器(8)的第二端口(22)，并从其第三端口(23)输出；从第三光环形器(8)的第三端口(23)输出的光信号经第二高非线性光纤(24)传输后，到达第四光环形器(25)的第二端口(32)，并从其第三端口(33)输出；从第四光环形器(25)的第三端口(33)输出的光信号被第二光分束器(26)分为两路；从第二光分束器(26)的第一光输出端(29)输出的光信号经第二光电探测器(27)转换为电信号；从第二光分束器(26)的第二光输出端(30)输出的光信号经第一可调光延时线(11)延时后到达第一光环形器(3)的第一端口(13)；
第四激光器(36)通过光纤连接第四光环形器(25)的第一端口(31)。
11.基于权利要求10所述的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡器的一种基于双波长激光载波的单环全光振荡方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器的光频率分别为ω1、ω2、ω3、ω4，由第三激光器在第一高非线性光纤(4)中产生的受激布里渊散射频移均为vB1，由第四激光器(36)在第二高非线性光纤(24)中产生的受激布里渊散射频移为νB2；在全光振荡环路中，第一激光器和第二激光器作为振荡环路的激光载波信号，为环路振荡提供能量；
S2：当全光振荡环路处于闭合状态时，得益于第一半导体光放大器(2)和第二半导体光放大器(10)的交叉增益调制效应，振荡环路在光域产生信号调制，并产生振荡模式；同时，得益于受激布里渊散射的窄带宽增益特性，环路中位于受激布里渊散射带宽内的振荡模式的功率被放大；
S3：由于第二半导体光放大器(10)的交叉增益调制效应，振荡光信号与第一激光器(1)输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω1＝|ω3-νB1-ω1|)被调制到第二激光器(9)输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号；随后，由于第一半导体光放大器(2)的交叉增益调制效应，振荡光信号与第二激光器(9)输出的激光信号之间的差频信号(频率为Δω2＝|ω4-νB2-ω2|)被调制到第一激光器(1)输出的激光载波上，然后经受激布里渊散射信号放大后，产生双波长光信号，构成反馈振荡。
S4：由于第一激光器(1)输出的激光载波和第二激光器(9)输出的激光载波分别在振荡环路中产生具有不同频率间隔的振荡模式，从而根据游标效应，振荡环路实现单模振荡。由于Δω1与Δω2可以具有不同的值，因此可以从第一光电探测器(7)和第二光电探测器(27)的输出端分别得到两种不同频率的低噪声微波/毫米波信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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