CN201174702Y - 基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器，利用激光器(1)产生的激光经过扰偏器(2)扰偏，扰偏器(2)把激光器(1)输出激光变化为在各个偏振方向的均等的偏振混乱的激光。扰偏后的激光输入保偏光纤(3)，在保偏光纤(3)中传输后，X偏振方向和Y偏振方向经历的时延不同，X偏振方向和Y偏振方向的激光在探测器(4)差频产生微波毫米波，从端口(5)输出微波毫米波。基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器，为全光纤结构，结构简单，使用灵活，易于推广的特点。

Description

基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤的微波毫米波发生器。

背景技术

微波光子技术将微波学和光学融合在一起，成为一个全新的技术领域，通常称为Microwave Photonics(简称MWP)。光子技术和微波、毫米波的集成在远程通信的发展上打开了一个神奇的、充满希望的领域。光技术和电波技术相融合，利用光纤具有的低损耗、大容量、无感应、重量轻、易于搬运等特点，在传统的微波技术中引入光纤技术，组成信息社会的基础网络，充分利用光纤的宽带宽、无线的自由，达到个别技术不断发展也无法实现的通信系统高功能化和高度化，提供最后1公里的最佳解决途径。这种在无线/移动通信系统的接入系统中、在军用的天线远程控制、高速车地通信系统以及智能交通系统中把光纤通信和微波通信结合的系统就是光纤微波通信(RoF：Radio on/over Fiber)。

RoF系统，光域上的微波光子信号处理，比起传统基于电子设备的微波信号处理，微波光子信号处理具有时间带宽积高、抗电磁干扰、线路和设备间的串扰小、调谐方便的优点外，微波光子信号处理技术是在光域上对微波信号处理，它能与RoF传输系统天然匹配，中间无需光电和电光转换设备。电处理器的带宽限制了高带宽的光电信号的处理，以光子取代电子，在较高的速率处理信号，这样就可以避免电子瓶颈。微波光子集中了射频波和光纤的优点，在射频波和光纤之间的透明转换。微波提供了低成本可移动无线连接方式，而光纤提供了低损宽带连接，该连接方式不受电的影响。在光纤中实现射频波的带通传输，无衰减，无信道间的相互干扰。

无衰减，无信道间的相互干扰。

微波可以通过电域的模拟电路或者数字电路得到，频率局限在几GHz以下，难以产生更高频率微波或者毫米波。

微波毫米波信号的光方式产生具有很大的吸引力，因为现存的系统都面临频率带宽短缺的问题。对高速数据传输的需要近来愈来愈迫切，目前多种微波毫米波信号的光方式产生方法业已被论证，微波毫米波的光方式产生有其特有的优点：产生更加简单，体积小，重量轻，可以实现宽频域载波信号范围和光纤连接的低损传输能力。

光学方法产生微波、毫米波是一项微波光子学的关键技术。利用光电技术产生微波频率的传统方法是基于两个可调谐的频率相近的激光束，这就要求激光器具有非常好的频率稳定性。另一种方法是在复杂的光学整合电路中，频移射频调制激光器频率，但是该方法仅限于产生低频信号(＜1GHz)。最近，又研究了很多用于产生微波信号的新方法：有将光纤环共振腔作为频率调制器，利用光纤的布里渊散射作用产生相位调制的微波信号；有采用两个或多个固态微芯片温度和电压调谐激光器的干涉产生动态可调谐、低噪声的微波毫米波信号，频率从几GHz到100GHz；有采用布拉格光栅取代马赫曾德干涉仪作为滤波器，产生毫米波；还有基于非啁啾高斯脉冲在传输过程中的色散和非线性效应产生复杂频率的微波毫米波，利用双光栅好锁模激光器产生微波毫米波等。这些产生方法，结构复杂，稳定性差，产生的效率不高。

微波可以通过电域的模拟电路或者数字电路得到，但是频率局限在几GHz以下，难以产生更高频率微波或者毫米波。已有的光学方法产生微波或者毫米波的方法，结构复杂，稳定性差，产生的效率不高。

发明内容

为了克服已有的微波、毫米波电的方法或者光学方法产生的不足，本实用新型提供一种基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器。

本实用新型基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器结构简单，稳定性好，产生效率高的特点。激光器输出的激光通过扰偏器进行扰偏，充分扰偏后，激光的两个偏振态X偏振态场强E_x和Y偏振态场强E_y大小一样，分别为对应保偏光纤的两个主轴X方向和Y方向，两个偏振方向的光场强通过保偏光纤的色散、双折射作用后进入高速光电探测器中。在高速光电探测器中产生微波毫米波： $f=\frac{2D{\mathrm{\β}}_{2}L}{T_0^4+{\left({\mathrm{\β}}_{2}L\right)}^2},$ 其中D为保偏光纤的群时延，β₂为保偏光纤的色散系数，T₀为输入激光脉冲的宽度，L为保偏光纤的长度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现：

一种基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器，它由激光器、扰偏器、保偏光纤、高速光电探测器连接成，其连接为：

激光器的输出端连接到扰偏器的输入端；

扰偏器的输出端与保偏光纤一端连接；

保偏光纤的另外一端与高速光电探测器连接；

高速光电探测器输出微波毫米波。

高速光电探测器输出微波毫米波的频率：

$f=\frac{2D{\mathrm{\β}}_{2}L}{2\mathrm{\π}{T}_0^4+2\mathrm{\π}{\left({\mathrm{\β}}_{2}L\right)}^2}$

其中D为保偏光纤的群时延，β₂为保偏光纤的色散，T₀为输入激光脉冲的宽度，L为保偏光纤的长度。

本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果具体如下：

本实用新型基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器为全光纤结构。只需要单波长激光器，激光器偏振态、功率波动以及波长漂移对本实用新型没有影响；扰偏器和保偏光纤制作工艺稳定、成熟，价格低廉，易于推广使用。进入高速光电探测器的光场强来自同一个激光器，降低了对激光器的要求。本实用新型通过改变光纤的长度、或者光纤的群时延、或者激光的初始脉冲宽度方便的改变输出的微波毫米波频率；本实用新型还具有受环境影响小、结构紧凑、易于实施等特点。具有构简单，稳定性好，产生效率高的特点。

附图说明

图1为基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器的示意图

具体实施方式

下面结合图对本实用新型做进一步说明。

图1为基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器的原理结构示意图。该微波毫米波发生器由激光器、扰偏器、保偏光纤、高速光电探测器连接成，其连接为：激光器1的输出端连接到扰偏器的输入端；

扰偏器2的输出端与保偏光纤一端连接；

保偏光纤3的另外一端与高速光电探测器连接；

高速光电探测器4输出微波毫米波。

所采用的激光器、扰偏器、保偏光纤、高速光电探测器均为市售器件。

激光器1产生的激光进入扰偏器2，扰偏器2把激光器1输出的光场充分扰偏后进入保偏光纤3，入射到保偏光纤3的光场由2个偏振态组成，X偏振态光场E_x和Y偏振态光场E_y，分别为对应保偏光纤3的两个主轴X方向和Y方向，入射光场在保偏光纤3中的耦合方程为：

$\frac{\∂X_x}{\∂z}+\mathrm{\σ}\frac{\∂X_x}{\∂t}+\frac{j}{2}{\mathrm{\β}}_2\frac{{\∂}^2{X}_x}{\∂t^2}=\mathrm{jr}({\left|X_x\right|}^2+\frac{2}{3}{\left|Y_y\right|}^2)X_x$ 和

$\frac{\∂Y_y}{\∂z}-\mathrm{\σ}\frac{\∂Y_y}{\∂t}+\frac{j}{2}{\mathrm{\β}}_2\frac{{\∂}^2{Y}_y}{\∂t^2}=\mathrm{jr}({\left|Y_y\right|}^2+\frac{2}{3}{\left|X_x\right|}^2)Y_y;$

其中γ为非线性因子，β₂为保偏光纤3的色散系数，2σ为X偏振方向和Y偏振方向群时延速度倒数的差，X_x和Y_y为光场在X偏振和Y偏振的场分量的包络，分别为E_x(z，t)＝X_x(z，t)exp(-jω₀t)exp(jβ_xt)和E_y(z，t)＝Y_y(z，t)exp(-jω₀t)exp(jβ_yt)，β_x和β_y分别为保偏光纤X偏振方向和Y偏振方向的色散系数。两个偏振方向的光场进入高速光电探测器4中，在高速光电探测器4中产生的微波毫米波频率为： $f=\frac{2D{\mathrm{\β}}_{2}L}{2\mathrm{\π}{T}_0^4+2\mathrm{\π}{\left({\mathrm{\β}}_{2}L\right)}^2};$ 其中D为保偏光纤3的群时延，β₂为保偏光纤3的色散，T₀为输入激光脉冲的宽度，L为保偏光纤3的长度。产生的微波毫米波通过高速光电探测器4的输出端5输出。

一个脉冲宽度为T₀＝1ps的1550nm波长输入扰偏器扰偏，进入长度为L＝10km的保偏光纤，保偏光纤的色散系数β2为-20ps²/km，群时延D＝15ps；产生的微波毫米波频率 $f=\frac{2D{\mathrm{\β}}_{2}L}{2\mathrm{\π}{T}_0^4+2\mathrm{\π}{\left({\mathrm{\β}}_{2}L\right)}^2}=19.9\mathrm{GHz}.$

本实用新型可以产生0到120GHz的微波毫米波。

Claims (2)

1.一种基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器，其特征在于，该微波毫米波发生器由激光器、扰偏器、保偏光纤、高速光电探测器连接成，其连接为：

激光器(1)的输出端连接到扰偏器的输入端；

扰偏器(2)的输出端与保偏光纤一端连接；

保偏光纤(3)的另外一端与高速光电探测器连接；

高速光电探测器(4)输出微波毫米波。

2.根据权利要求1所述一种基于扰偏器和保偏光纤的微波毫米波发生器，其特征在于，高速光电探测器(4)输出微波毫米波的频率：

$f=\frac{2D{\mathrm{\β}}_{2}L}{2\mathrm{\π}{T}_0^4+2\mathrm{\π}{\left({\mathrm{\β}}_{2}L\right)}^2}$

其中D为保偏光纤(3)的群时延，β₂为保偏光纤(3)的色散，T₀为输入激光脉冲的宽度，L为保偏光纤(3)的长度。

Images