CN1940692B - 光电式倍频产生器 - Google Patents
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Abstract
一种光电式倍频产生器，包括一干涉光信号产生装置、两个光电转换电路、一差动放大电路及一信号处理电路。其中，干涉光信号产生装置包括一光源、一光相调制装置、一分光镜，该光源提供二光束，其中一光束射向该分光镜，光相调制装置接收另一光束并将其射向分光镜，该分光镜接收二光束并射出干涉光信号；两个光电转换电路接收所述分光镜射出的干涉光信号，并将其分别转化为对应的电信号；差动放大电路与多个光电转换电路连接，对光电转换电路输出的电信号进行处理，获取一电信号；信号处理电路与差动放大电路相连接，对差动放大电路输出的电信号进行处理，产生倍频信号。所述光电式倍频产生器电路简单且可获得高倍频项的倍频产生器。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种倍频产生器，尤其是关于一种光电式倍频产生器。
【背景技术】
传统技术中，倍频产生器有晶体管倍频产生器、变容二极管体倍频产生器、阶跃恢复二极管体倍频产生器等。用其它非线性电阻、电感和电容也能构成倍频产生器，如铁氧体倍频产生器等。
在许多影像信号处理电子电路中，无论模拟电路或数字电路，往往都需要许多参考信号，以作为影像信号调制及解调的参考信号或时序控制信号；这些参考信号源往往是一组基频正弦波信号及其数倍频信号，其中该基频正弦波信号频率为ω，其数倍频信号频率为ω、2ω或3ω...等。上述参考信号也可为一组基频方波信号，而且每个参考信号间有信号同步的要求。获取参考信号的传统做法，可以通过选择适当尺寸的石英晶体，利用石英震荡电路产生一主频率为基频ω数倍甚至数十倍的信号，再利用整形电路将信号转成方波信号，而后以除法器/除频器选出所需频率项，以获得需要的参考频率项，同时可获得基频项及所需的倍频项，而且各参考信号间均为同步信号。最后如有需要，可进一步利用带通滤波电路滤出所需波形。
显然，这种做法电路复杂，而且因为除法器有频宽的限制，对于高倍频项往往会因为反应速率不够快而造成失真。另，受限于石英晶体本身的限制，由于晶体频率越高，相对稳定性就越差，具有高度稳定性的晶体频率通常不超过5MHz，因而想要获得正确频率有其实质上的困难。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种电路简单且可获得高倍频项的倍频产生器。
一种光电式倍频产生器，包括一干涉光信号产生装置、多个光电转换电路、一差动放大电路及一信号处理电路。其中，干涉光信号产生装置包括一光源、一光相调制装置、一分光镜，该光源提供二光束，其中一光束射向该分光镜，光相调制装置接收另一光束并将其射向分光镜，该分光镜接收二光束并射出干涉光信号；两个光电转换电路接收所述分光镜射出的干涉光信号，并将其分别转化为对应的电信号；差动放大电路与两个光电转换电路连接，对光电转换电路输出的电信号进行处理，获取一电信号；信号处理电路与差动放大电路相连接，对差动放大电路输出的电信号进行处理，产生倍频信号。
相较于现有技术，所述倍频产生器是利用马赫-泽德(Mach-zehnder)光干涉仪的光路架构，对其中一光束进行光相位调制，这对于需要许多同步倍频项参考信号的电路系统而言，有电路简化的好处。所述光电倍频器因为是在光学领域处理，直接由干涉机制获得倍频项，无反应速率不够快的问题，所以可以获得所需高倍频项。
【附图说明】
图1是本发明光电式倍频产生器的电路框图。
【具体实施方式】
请参照图1，本发明光电式倍频产生器包括一干涉光信号产生装置10，二光电转换电路21、22，一差动放大电路30，一信号处理电路40及一滤波及整形电路50，其中，干涉光信号产生装置输出二基频光干涉信号，该基频光干涉信号直接由干涉机制获得，故没有频宽的限制且响应速度快。光电转换电路21、22分别转换为对应的电信号，该电信号输入至差动放动电路30进行差动放大，再经信号处理电路40进行傅立叶变换，输出所需的基频倍频项。
该干涉光信号产生装置10包括一马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪(未标示)及一光相调制器16。其中，马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪包括一光源11，二分光镜12、13及二反射镜14、15。马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪光路原理如下：光源11将一光束射向分光镜12后，分光镜12将光源射出之光束分成光束Ia和光束Ib，其中Ia射向反射镜14，反射镜14将Ia的行进方向改变为射向分光镜13；Ib射向反射镜15，反射镜15又将Ib的行进方向改变为射向分光镜13，两道光束重合并经过分光镜13处理，分别是形成光强度分别为I10和I20的二干涉光信号：
I10＝I0[1+αco sΔψ] (1)
I20＝I0[1-αcosΔψ] (2)
其中，I0为干涉仪光源11强度的1/2，α为干涉因子，其可视为常数，Δψ为干涉仪二光束Ia、Ib的光相位差，其包括由干涉仪二光束Ia、Ib的光程不等形成的光相位差、环境干扰形成的光相位差及光相调制形成的光相位差。
本实施例中，在反射镜15与分光镜13之间设置一光相调制器16，对马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪其中一光束Ib进行光相位调制。该光相调制器16为一正弦波时间sinωt光相位调制器，其改变光束Ib的光相位并引进一基频ω。光源11将一光束射向分光镜12，分光镜12将光源射出的光束分成两路光信号Ia和Ib，Ia射向反射镜14，反射镜14将Ia的行进方向改变至射向分光镜13；Ib射向反射镜15，反射镜15又将Ib的行进方向改变至射向光相调制器16，经过光相调制器16之后，射向分光镜13，两路光信号经分光镜13处理，分别形成光强度分别为I1和I2的二干涉光信号，该光强度分别为I1和I2的干涉光信号为光电式倍频产生器提供基频ω。可以利用各种隔离及补偿方法将环境因素引起的干扰降到最低，所以干涉仪二光束Ia、Ib的光程不等造成的光相位差可视为常数且环境干扰形成的光相位差可视作一很微小的量，据此将二光束的光相位差近似为光相位调制造成的光相位差，则：
I1＝I0[1+αcos(sinωt)]
I2＝I0[1-αcos(sinωt)]
其中，I0为干涉仪光源11强度的1/2，I1及I2分别为干涉光信号产生装置10输出的二干涉光信号的光强度，α为干涉因子，其可视为常数，sinωt为干涉仪二光束Ia和Ib的光相位差。
光电转换电路21和光电转换电路22将光信号转换为相应的电信号；差动放大电路30为一双端输入-单端输出电路，对信号进行差动放大.光电转换电路21将光强度为I1的干涉光信号转换为对应的电信号，输入至差动放大电路30；光电转换电路22将光强度为I2的干涉光信号转换为对应的电信号，输入至差动放大电路30。差动放大电路30将该二信号进行差动放大，可获得电信号V1-2＝Acos(sinωt)，其中A为常数。差动放大电路30与信号处理电路40连接，信号处理电路40对电信号V1-2进行傅立叶分解，并将分解后的信号输出至滤波及整形电路50，该信号处理电路40的输出信号中包括基频ω的n个倍频项，n为整数。滤波及整形电路50包含多个带通滤波器51和与该多个带通滤波器51对应的多个方波整形电路52，第一带通滤波器输出信号为A1sinωt，第二带通滤波器输出信号为A2sin2ωt，直到第n带通滤波器输出信号为Ansinnωt。其中，每个带通滤波器51连接一个方波整形电路52，各带通滤波器51的输出信号为与该带通滤波器51连接的方波整形电路52的输入信号，再利用方波整形电路52得到所需的倍频项。
可以理解，本发明中的方波整形电路52亦可为正弦波整形电路或其它整形电路。所述分光镜12及13为半透半反镜较佳。所述光相调制器16也可以为余弦波时间相位调制器或其它相位调制装置。
另外，本发明中的光源11可为发出二光束的光源，则马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪的二分光镜12、13及二反射镜14、15可简化为一分光镜，该分光镜接收所述二光束。
Claims (10)
1.一种光电式倍频产生器，其特征在于：该光电式倍频产生器包括：
一干涉光信号产生装置，其包括一光源、一光相调制装置、一分光镜；其中，该光源提供二光束，其中一光束射向该分光镜，光相调制装置接收另一光束并将其射向分光镜；该分光镜接收所述二光束，并射出二光信号；
两个光电转换电路，其分别接收所述分光镜射出的光信号，并将其分别转化为对应的电信号；
一差动放大电路，其与两个光电转换电路连接，对光电转换电路输出的电信号进行处理，获取一电信号；
一信号处理电路，其与差动放大电路相连接，对差动放大电路输出的电信号进行处理，产生倍频信号。
2.如权利要求1所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述光电式倍频产生器包括一马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪，其具有二光束，该光相调制装置对该马赫-泽德(Mach-zehnder)干涉仪其中一光束进行光相位调制。
3.如权利要求1所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述分光镜为半透半反镜。
4.如权利要求1所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述光相调制器为一正弦波时间光相位调制器，或一余弦波时间光相位调制器，或一方波时间光相位调制器。
5.如权利要求1所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述差动放大电路为双端输入-单端输出电路。
6.如权利要求1所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述光电式倍频产生器还包括多个滤波电路，其中每个滤波电路的输入信号均为信号处理电路的输出信号。
7.如权利要求6所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述多个滤波电路均为带通滤波电路。
8.如权利要求7所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述光电式倍频产生器还包括多个整形电路，该多个整形电路对应连接所述多个滤波电路，其中每个整形电路的输入信号为与该整形电路连接的滤波电路的输出信号。
9.如权利要求8所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述整形电路为方波整形电路。
10.如权利要求8所述的光电式倍频产生器，其特征在于：所述整形电路为正弦波整形电路。
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| CN1645036A (zh) * | 2005-01-21 | 2005-07-27 | 清华大学 | 基于双频激光器的自混合干涉位移传感器 |
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