CN201234258Y - 萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器 - Google Patents
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Abstract
一种萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器，其第一2×2耦合器同侧的端口(431)和(432)连接构成萨格纳克环；第一2×2耦合器端口(433)和(434)依次连接第一、第二有源光纤(21)、第一、第二偏振控制器(61)、第一、第二光纤光栅(11)、第一、第二波分复用器(41)、第一、第二光隔离器(51)经第二2×2耦合器端口(441)和(442)分别与第一、第二接高速光电探测器(71)和(72)连。第一第二泵浦光(31)和(32)分别通过第一、第二波分复用器(41)和(42)耦合进第一、第二有源光纤(21)中，产生的激光经第二2×2耦合器合波后，高速光电探测器中输出微波/毫米波信号。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信、光纤微波通信、微波光子、光纤传感和雷达技术领域，具体地是一种萨格纳克光纤环双路微波/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技术，可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1km的最佳解决途径。这种在无线/移动通信系统的接入系统中、雷达、军用的天线远程控制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技术在无线/移动通信系统中应用，可将基站端的基带处理、调制、混频功能后移到基站控制器端集中处理，而基站端只保留光电转换、滤波和放大功能，这样可大大降低基站的成本，在未来的密集微蜂窝通信系统中，由于基站数量众多，采用RoF技术可大大降低系统的成本。微波光纤通信系统，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，微波光子信号处理除了具有时间带宽积高、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实现透明转换。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。
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愈来愈迫切，目前多种毫米波的光方式产生方法业已被论证，毫米波的光方式产生有其特有的优点：可以实现的宽频域载波信号范围和光纤连接的低损传输能力。
远程架设天线，天线与收信机通过光纤相连接，光纤取代传统的同轴电缆，称为光远程天线。它的长处是天线不用配置放大器，不用供电，天线与收信机完全电气绝缘，作为EMC(Electro Magnetic Compatibility电磁兼容)应用的电场传感器倍受注目。若干条光纤和天线阵列状排列，组成光控制阵列天线，控制向天线传输的微波信号的振幅和相位，形成天线发射的电波射束并进行射束扫描。与使用同轴电缆、波导管向天线传输微波、毫米波的方法相比，天线外围设备不仅小型化、轻量化，而且还能形成更加理想的电波射束，微波的相位控制可采用各种光信号处理技术。
光纤技术在相控阵雷达中已应用多年，目前这类雷达的工作频率范围为不大于18GHz，并且正逐步向毫米波扩展。在相控阵雷达中采用光纤微波传输有利于隔离辐射阵元，控制阵元的相对相位，处理各种电子战环境下的回波信号。然而，这类概念的付诸实现需要成百上千个微波辐射阵元，甚至需要很多高频光电器件。
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，或者调制、调谐困难。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，或者调制、调谐困难。
实用新型内容
为了克服已有的产生微波/毫米波的不足，本实用新型提供一种萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器。
本实用新型的技术方案：
本实用新型目的的实现是通过以下技术方案；构成该光纤激光器的部件之间的连接为：
第一2×2耦合器同则的两个端口熔接在一起，构成萨格纳克(Sagnac)环。
第一2×2耦合器另一侧的一个端口依次与第一有源光纤、第一偏振控制器、第一光纤光栅、第一波分复用器(WDM)、第一光隔离器、第二2×2耦合器一侧的一个端口连接。
第一2×2耦合器另一侧的另一个端口依次与第二有源光纤、第二偏振控制器、第二光纤光栅、第二WDM、第二光隔离器、第二2×2耦合器一侧的另一个的端口连接。
第二2×2耦合器另一侧的一个端口和另一个端口分别接第一高速光电探测器和第二高速光电探测器。
第一泵浦光通过第一波分复用器和第二泵浦光通过第二波分复用器分别耦合进第一和第二有源光纤中，第一光纤光栅和第二光纤光栅与萨格纳克环构成谐振腔，两个谐振腔产生的激光经第二个2×2耦合器合波后输出到第一个高速光电探测器或/和第二个高速光电探测器中，从高速光电探测器中输出微波/毫米波信号。
调制第一泵浦光或/和第二泵浦光功率，即调制从第一个高速光电探测器和第二高速光电探测器输出微波/毫米波的功率，得到调制了的微波/毫米波信号。
调整第一光纤光栅或/和第二光纤光栅的反射波长，改变双波长激光的波长间隔，实现输出微波/毫米波的频率的调谐。
同时采用调整第一泵浦光或/和第二泵浦光功率、调整第一光纤光栅或/和第二光纤光栅的反射波长，实现变频的调制微波/毫米波信号。
第一和第二有源光纤为稀土掺杂光纤，掺铒、掺镱、掺钬、镱铒共掺、掺钍、掺镨或掺钕光纤；光纤光栅为保偏光纤光栅或普通光纤光栅。
本实用新型的有益效果具体如下：
而本实用新型采用比保偏有源光纤价格低得多的普通有源光纤作为增益介质，只需要一个光纤光栅和偏振控制器，保证每个腔谐振在一个偏振态上。每个偏振态的激光谐振腔是独立的。由于光纤激光谐振腔的反射端采用宽带的萨格纳克环萨，使很容易与窄带的光纤光栅的反射峰对准谐振，降低了对光栅的要求，比通常的双波长激光器更容易实现，输出更稳定，稳定的双波长输出到高速光电探测器中，双波长在高速光电探测器中产生微波或者毫米波，具有更高的性价比。本实用新型降低了对有源光纤的一致性要求，使有源光纤长度等特性的不一致不会引起双波长激光器的实质性的影响，从而不会影响微波/毫米波的产生。本实用新型中把需要加载的数据信号来调节泵浦光功率可以是调制微波/毫米波，得到带调制数据的微波/毫米波；本实用新型可以调整光纤光栅，来改变两个激光波长的间隔，实现微波/毫米波频率的调谐。本实用新型为全光纤结构。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。
附图说明
图1为萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器示意图。
具体实施方式
下面结合附图1，对萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器作进一步描述。
实施例一
构成萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图1。
第一2×2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，构成萨格纳克(Sagnac)环。
选择适当长度的第一有源光纤21和选择适当长度的第二有源光纤22，第一有源光纤21和第二有源光纤22为掺铒有源光纤。有源光纤的长度选择小于：在泵浦光作用下，激光腔刚好能够谐振的有源光纤长度为最大有源光纤长度。
第一光纤光栅11选择普通光纤光栅和第二光纤光栅12选择普通光纤光栅。
第一2×2耦合器43的端口433、第一有源光纤21、第一偏振控制器61、第一普通光纤光栅11、第一波分复用器(WDM)41、第一光隔离器51依次连接。
第一泵浦光31通过第一WDM 41耦合进第一有源光纤21，第一光纤光栅11与萨格纳克(Sagnac)环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一2×2耦合器43的端口434依次连接第二有源光纤22、第二偏振控制器62、第二光纤光栅12、第二波分复用器(WDM)42、第二光隔离器52。
第二泵浦光32通过第二WDM 42耦合进第二有源光纤22、第二光纤光栅12与萨格纳克(Sagnac)环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一光隔离器51输出端与第二2×2耦合器44的端口441连接；第二光隔离器52输出端与第二2×2耦合器44的端口442连接，通过第二2×2耦合器44的端口443和端口444输出到第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中。
在第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中产生微波/毫米波。
实施例二
构成萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图1。
第一2×2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，构成萨格纳克环。
选择适当长度的第一有源光纤21和选择适当长度的第二有源光纤22，第一有源光纤21和第二有源光纤22为掺镱有源光纤。
第一光纤光栅11选择普通光纤光栅和第二光纤光栅12选择普通光纤光栅。
第一2×2耦合器43的端口433依次连接第一有源光纤21、第一偏振控制器61、第一光纤光栅11、第一WDM 41、第一光隔离器51。
第一泵浦光31通过第一WDM 41耦合进第一有源光纤21，第一光纤光栅11与萨格纳克环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一2×2耦合器43的端口434、第二有源光纤22、第二偏振控制器62、第二光纤光栅12、第二WDM42、第二光隔离器52依次连接。
第二泵浦光32通过第二WDM 42耦合进第二有源光纤22、第二光纤光栅12与萨格纳克环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一光隔离器51输出端与第二2×2耦合器44的端口441连接；第二光隔离器52输出端与第二2×2耦合器44的端口442连接，通过第二2×2耦合器44的端口443和端口444输出到第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中。
在第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中产生微波/毫米波。
调制第一泵浦光31或/和第二通泵浦光32功率，即调制第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72输出微波/毫米波的功率，得到调制了的微波/毫米波信号。
实施例三
构成萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图1。
第一2×2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，构成萨格纳克环。
选择适当长度的第一有源光纤21和选择适当长度的第二有源光纤22，第一有源光纤21和第二有源光纤22镱铒共掺有源光纤。
第一光纤光栅11选择普通光纤光栅和第二光纤光栅12选择普通光纤光栅。
第一2×2耦合器43的端口433、第一有源光纤21、第一偏振控制器61、第一光纤光栅11、第一WDM 41、第一光隔离器51依次连接。
第一泵浦光31通过第一WDM 41耦合进第一有源光纤21，第一光纤光栅11与萨格纳克环构成激光谐振腔内，产生单波长激光。
第一2×2耦合器43的端口434依次连接第二有源光纤22、第二偏振控制器62、第二光纤光栅12、第二WDM42、第二光隔离器52。
第二泵浦光32通过第二WDM 42耦合进第二有源光纤22、第二光纤光栅12与萨格纳克环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一光隔离器51输出端与第二2×2耦合器44的端口441连接；第二光隔离器52输出端与第二2×2耦合器44的端口442连接，通过第二2×2耦合器44的端口443和端口444输出到第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中。
调整第一光纤光栅11或/和第二光纤光栅12的反射波长，改变双波长激光的波长间隔，第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中输出微波/毫米波的频率的调谐。
实施例四
构成萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图1。
第一2×2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，构成萨格纳克环。
选择适当长度的第一有源光纤21和选择适当长度的第二有源光纤22，第一有源光纤21和第二有源光纤22为掺钬有源光纤。
光纤光栅11选择普通光纤光栅和光纤光栅12选择普通光纤光栅12。
第一2×2耦合器43的端口433依次连接第一有源光纤21、第一偏振控制器61、第一光纤光栅11、第一WDM 41、第一光隔离器51。
第一泵浦光31通过第一WDM 41耦合进第一有源光纤21，第一光纤光栅11与萨格纳克环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一2×2耦合器43的端口434、第二有源光纤22、第二偏振控制器62、第二光纤光栅12、第二WDM42、第二光隔离器52依次连接。
第二泵浦光32通过第二WDM 42耦合进第二有源光纤22、第二光纤光栅12与萨格纳克环构成激光谐振腔，产生单波长激光。
第一光隔离器51输出端与第二2×2耦合器44的端口441连接；第二光隔离器52输出端与第二2×2耦合器44的端口442连接，通过第二2×2耦合器44的端口443和端口444输出到第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中。
调制第一泵浦光31或/和第二通泵浦光32功率，同时调整第一光纤光栅11或/和第二光纤光栅12的反射波长，在第一高速光电探测器71和第二高速光电探测器72中实现变频的调制微波/毫米波信号输出。
Claims (2)
1.一种萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器，其特征是：
第一2×2耦合器(43)的同侧的端口(431)和端口(432)连接在一起构成萨格纳克环；
第一2×2耦合器(43)的端口(433)依次连接第一有源光纤(21)、第一偏振控制器(61)、第一光纤光栅(11)、第一波分复用器(41)、第一光隔离器(51)、第二2×2耦合器(44)的端口(441)；
第一2×2耦合器(43)的端口(434)依次连接第二有源光纤(22)、第二偏振控制器(62)、第二光纤光栅(12)、第二波分复用器(42)、第二光隔离器(52)、第二2×2耦合器(44)的端口(442)；
第二2×2耦合器(44)的端口(443)和(444)分别接第一接高速光电探测器(71)和第二高速光电探测器((72)；
第一泵浦光(31)通过第一波分复用器(41)和第二泵浦光(32)通过第二波分复用器(42)分别耦合进第一有源光纤(21)和第二有源光纤(22)中，第一光纤光栅(11)和第二光纤光栅(12)与萨格纳克环构成谐振腔，两个谐振腔产生的激光经第二2×2耦合器(44)合波后输出到第一高速光电探测器(71)或/和第二高速光电探测器(72)中，从高速光电探测器中输出微波/毫米波信号；
调制第一泵浦光(31)或/和第二泵浦光(32)功率，即调制从第一高速光电探测器(71)和第二高速光电探测器(72)中输出微波/毫米波的功率，得到调制了的微波/毫米波信号；
调整第一光纤光栅(11)或/和第二光纤光栅(12)的反射波长，改变双波长激光的波长间隔，实现输出微波/毫米波的频率的调谐；
同时采用调整第一泵浦光(31)或/和第二泵浦光(32)功率、调整第一光纤光栅(11)或/和第二光纤光栅(12)的反射波长，实现变频的调制微波/毫米波信号。
2.根据权利要求1所述的一种萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器，其特征是：第一和第二有源光纤为稀土掺杂光纤，掺铒、掺镱、掺钬、镱铒共掺、掺钍、掺镨或掺钕光纤；第一和第二光纤光栅为保偏光纤光栅或普通光纤光栅。
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| CNU2008201092246U CN201234258Y (zh) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | 萨格纳克光纤环双路微波/毫米波发生器 |
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- 2008-07-15 CN CNU2008201092246U patent/CN201234258Y/zh not_active Expired - Fee Related
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