CN204231297U - 一种32倍频信号生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种32倍频信号生成装置，该装置利用两个独立非相干激光器，通过两个并联的IQ调制器以及一个相位调制器和一个光电探测器所组成的二次调制系统，经过光边带筛选后，可产生具备低相位噪声，32倍于本振频率的电信号；解决了传统光子倍频器倍频因子比较低，不足以满足市场对更高倍频因子的需求的难题，且该装置受环境因素影响小、稳定性好、结构简单，易于推广。

Description

一种32倍频信号生成装置

技术领域

本实用新型涉及倍频信号生成技术领域，具体涉及一种独立非相干双激光低相位噪声32倍频信号生成装置。

背景技术

毫米波在军事电子、民用电子等许多领域上有着广泛应用，特别是在雷达与制导、电子对抗、遥感遥测和保密通信等方面能带来很好的效果。毫米波源是为毫米波系统提供本振信号的频率源，是毫米波系统的“心脏”。整个毫米波系统的性能在很大程度上取决于毫米波源的性能。在毫米波通信系统、雷达与电子导航的T/R设备中，毫米波源既作为发射机的激励信号，又作为毫米波接受设备的本振信号，高频率稳定度低相位噪声的毫米波频率源可以提高接收机的灵敏度，从而提高系统的性能，如在雷达系统中高性能的毫米波源可以帮助提高雷达的作用距离，分辨慢速移动的目标；在毫米波通信中高性能的毫米波源能在降低系统的误码率、提高通信质量和充分利用频谱资源等方面起到关键作用。对于毫米波系统而言，所采用毫米波的质量将直接影响系统的整体性能，所采用毫米波发生器的价格将直接决定系统的性价比，因此是否具备稳定、廉价、高性能的毫米波发生器将直接关系到整个毫米波系统的应用范围以及市场份额。

当前，毫米波生成技术可大体分为两类，以传统电子学为基础的毫米波生成技术，以现代光子学为基础的毫米波生成技术。以传统电子学为基础的毫米波生成技术采用真空管和固态功率源生成毫米波，不仅所用高频器件价格昂贵而且会遇到带宽和载频的电子学瓶颈，因此这种技术正逐步被光子学为基础的毫米波生成技术所替代。

相比之下，以现代光子学为基础的毫米波生成技术由于大多采用光学元件，不仅成功摆脱了电子瓶颈限制，并且具有抗电磁干扰、重量轻、结构紧凑的优点。同时，基于光子学方法生成的毫米波可以与光纤传输系统天然地兼容，无需额外的电光和光电转换设备，使得这项技术的应用范围变得愈加广阔。

目前，此技术最为直接的应用是基于光子学倍频技术的光子倍频器。光子倍频器利用低频本振，对激光进行调制，直接或间接生成两条可差频的相干光边带，通过光电转换实现几倍于本振频率的毫米波生成。利用光子倍频器生成毫米波可成倍降低射频本振频率，众所周知，射频本振是获得毫米波信号所必须的，并且其价格占整个毫米波系统成本比重较大，射频本振频率越高价格越昂贵，因此光子倍频器可大幅降低本振源所带来的系统成本，进而极大程度提高毫米波系统的性价比。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供针对上述现有技术的不足和缺点，提供一种32倍频信号生成装置，在比现有技术更低的射频本振频率下，产生32倍频高性能毫米波，成倍提升光子倍频器的倍频因子，在保证毫米波系统性能的前提下，提升系统的应用范围。

为达上述目的，本实用新型提供了信号生成装置，包括：

激光器一，激光器二，偏振控制器一，偏振控制器二，50/50X型耦合器，IQ调制器一，本振源，IQ调制器二，2×1光合束器一，梳状滤波器一，相位调制器，光电检测器一，梳状滤波器二，梳状滤波器三，光电检测器二；

所述激光器一的输出端连接所述偏振控制器一的输入端，所述激光器二的输出端连接所述偏振控制器二的输入端，所述偏振控制器一与所述偏振控制器二的输出端分别连接所述50/50X型耦合器的两个输入端，所述50/50X型耦合器的两个输出端分别连接所述IQ调制器一、所述IQ调制器二的光输入端；所述本振源的输出端分别连接所述IQ调制器一、所述IQ调制器二的电出入端，所述IQ调制器一、所述IQ调制器二的输出端分别连接所述2×1光合束器一的两个输入端，所述2×1光合束器一的输出端连接所述梳状滤波器一的输入端，所述梳状滤波器一的输出端分别连接所述相位调制器、所述光电检测器一的光输入端，所述光电检测器一的输出端连接所述相位调制器的电输入端，所述相位调制器的输出端连接所述梳状滤波器二的输入端，所述梳状滤波器二的输出端连接所述梳状滤波器三的输入端，所述梳状滤波器三的输出端连接所述光电检测器二的输入端。

进一步的，所述IQ调制器一、所述IQ调制器二集成两臂MZ均偏置于最大传输点；

所述本振源输入所述IQ调制器一的电信号相位与所述本振源输入所述IQ调制器二的电信号相位差为45度；

所述IQ调制器一上下两臂电信号相位差为90度，所述IQ调制器二上下两臂电信号相位差为180度。

上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型采用两个并联的IQ调制器以及一个相位调制器和一个光电探测器所组成的二次调制系统，经过光边带筛选后，可产生具备低相位噪声、32倍于本振频率的电信号，与现有技术相比，解决了传统光子倍频器倍频因子比较低，不足以满足市场对更高倍频因子的需求的难题，对未来毫米波更快速的发展十分有益。此外，本实用新型还具有受环境因素影响小、稳定性好、结构简单，易于推广等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一种独立非相干双激光低相位噪声32倍频信号生成装置结构图；

图2是本实用新型实施例IQ调制器一、IQ调制器二的光输入端光谱示意图；

图3是本实用新型实施例2×1光合束器一输出端光谱示意图；

图4是本实用新型实施例相位调制器光输入端光谱示意图；

图5是本实用新型实施例光电检测器一输入端光谱示意图；

图6是本实用新型实施例相位调制器电输入端频谱示意图；

图7是本实用新型实施例经过相位调制器调制后的光谱示意图；

图8是本实用新型实施例经过梳状滤波器二后的光谱示意图；

图9是本实用新型实施例经过梳状滤波器三后的光谱示意图；

图10是本实用新型实施例经过光电检测器二生成的32倍于本振源频率的60GHz毫米波频谱示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

针对上述现有技术的不足和缺点，本专利所实用新型的方法可在更低的射频本振频率下，产生32倍频高性能毫米波，成倍提升了光子倍频器的倍频因子，在保证毫米波系统性能的前提下，极大地提升了系统的应用范围，并具有更高的性价比。

实施例一：

一种独立非相干双激光低相位噪声32倍频信号生成装置，如图1所示，其特征在于：该装置利用两个独立非相干激光器，通过两个并联的IQ调制器以及一个相位调制器和一个光电探测器所组成的二次调制系统，经过光边带筛选后，可产生具备低相位噪声，32倍于本振频率的电信号；

其装置包括：激光器一1，激光器二2，偏振控制器一3，偏振控制器二4，50/50X型耦合器5，IQ调制器一6，本振源7，IQ调制器二8，2×1光合束器一9，梳状滤波器一10，相位调制器11，光电检测器一12，梳状滤波器二13，梳状滤波器三14，光电检测器二15；

具体连接方式为：激光器一1的输出端连接偏振控制器一3的输入端，激光器二2的输出端连接偏振控制器二4的输入端，偏振控制器一3与偏振控制器二4的输出端分别连接50/50X型耦合器5的两个输入端，50/50X型耦合器5的两个输出端分别连接IQ调制器一6、IQ调制器二8的光输入端；本振源7的输出端分别连接IQ调制器一6、IQ调制器二8的电出入端，IQ调制器一6、IQ调制器二8的输出端分别连接2×1光合束器一9的两个输入端，2×1光合束器一9的输出端连接梳状滤波器一10的输入端，梳状滤波器一10的输出端分别连接相位调制器11、光电检测器一12的光输入端，光电检测器一12的输出端连接相位调制器11的电输入端，相位调制器11的输出端连接梳状滤波器二13的输入端，梳状滤波器二13的输出端连接梳状滤波器三14的输入端，梳状滤波器三14的输出端连接光电检测器二15的输入端；

两个IQ调制器参数设置为：IQ调制器一6、IQ调制器二8集成两臂MZ均偏置于最大传输点，本振源7输入IQ调制器一6的电信号相位与本振源7输入IQ调制器二8的电信号相位差为45度，IQ调制器一6上下两臂电信号相位差为90度，IQ调制器二8上下两臂电信号相位差为180度。

本实施例中，激光器一1，激光器二2的中心频率分别为193.365THz，193.425THz，本振源7提供的射频频率为1.875GHz，经过50/50X型耦合器5，IQ调制器一6，IQ调制器二8的光输入端光谱如图2所示，经过IQ调制器一6，IQ调制器二8，2×1光合束器一输出端光谱如图3所示，经过梳状滤波器一10，相位调制器11光输入端光谱如图4所示，光电检测器一12输入端光谱如图5所示，经过光电检测器一12，相位调制器11电输入端频谱如图6所示，经过相位调制器11，光谱如图7所示，经过梳状滤波器二13，光谱如图8所示，经过梳状滤波器三14，光谱如图9所示，经过光电检测器二15，可生成32倍于本振源频率的60GHz毫米波频谱如图10所示。

实施例二：

一种独立非相干双激光低相位噪声32倍频信号生成装置，如图1所示，其特征在于：该装置利用两个独立非相干激光器，通过两个并联的IQ调制器以及一个相位调制器和一个光电探测器所组成的二次调制系统，经过光边带筛选后，可产生具备低相位噪声，32倍于本振频率的电信号；

其装置包括：激光器一1，激光器二2，偏振控制器一3，偏振控制器二4，50/50X型耦合器5，IQ调制器一6，本振源7，IQ调制器二8，2×1光合束器一9，梳状滤波器一10，相位调制器11，光电检测器一12，梳状滤波器二13，梳状滤波器三14，光电检测器二15；

具体连接方式为：激光器一1的输出端连接偏振控制器一3的输入端，激光器二2的输出端连接偏振控制器二4的输入端，偏振控制器一3与偏振控制器二4的输出端分别连接50/50X型耦合器5的两个输入端，50/50X型耦合器5的两个输出端分别连接IQ调制器一6、IQ调制器二8的光输入端；本振源7的输出端分别连接IQ调制器一6、IQ调制器二8的电出入端，IQ调制器一6、IQ调制器二8的输出端分别连接2×1光合束器一9的两个输入端，2×1光合束器一9的输出端连接梳状滤波器一10的输入端，梳状滤波器一10的输出端分别连接相位调制器11、光电检测器一12的光输入端，光电检测器一12的输出端连接相位调制器11的电输入端，相位调制器11的输出端连接梳状滤波器二13的输入端，梳状滤波器二13的输出端连接梳状滤波器三14的输入端，梳状滤波器三14的输出端连接光电检测器二15的输入端；

两个IQ调制器参数设置为：IQ调制器一6、IQ调制器二8集成两臂MZ均偏置于最大传输点，本振源7输入IQ调制器一6的电信号相位与本振源7输入IQ调制器二8的电信号相位差为45度，IQ调制器一6上下两臂电信号相位差为90度，IQ调制器二8上下两臂电信号相位差为180度。

本实施例中，激光器一1，激光器二2的中心频率分别为193.365THz，193.475THz，本振源7提供的射频频率为5GHz，经过50/50X型耦合器5，IQ调制器一6，IQ调制器二8的光输入端光谱如图2所示，经过IQ调制器一6，IQ调制器二8，2×1光合束器一输出端光谱如图3所示，经过梳状滤波器一10，相位调制器11光输入端光谱如图4所示，光电检测器一12输入端光谱如图5所示，经过光电检测器一12，相位调制器11电输入端频谱如图6所示，经过相位调制器11，光谱如图7所示，经过梳状滤波器二13，光谱如图8所示，经过梳状滤波器三14，光谱如图9所示，经过光电检测器二15，可生成32倍于本振源频率的160GHz毫米波频谱如图10所示。

实施例三：

一种独立非相干双激光低相位噪声32倍频信号生成装置，如图1所示，其特征在于：该装置利用两个独立非相干激光器，通过两个并联的IQ调制器以及一个相位调制器和一个光电探测器所组成的二次调制系统，经过光边带筛选后，可产生具备低相位噪声，32倍于本振频率的电信号；

其装置包括：激光器一1，激光器二2，偏振控制器一3，偏振控制器二4，50/50X型耦合器5，IQ调制器一6，本振源7，IQ调制器二8，2×1光合束器一9，梳状滤波器一10，相位调制器11，光电检测器一12，梳状滤波器二13，梳状滤波器三14，光电检测器二15；

具体连接方式为：激光器一1的输出端连接偏振控制器一3的输入端，激光器二2的输出端连接偏振控制器二4的输入端，偏振控制器一3与偏振控制器二4的输出端分别连接50/50X型耦合器5的两个输入端，50/50X型耦合器5的两个输出端分别连接IQ调制器一6、IQ调制器二8的光输入端；本振源7的输出端分别连接IQ调制器一6、IQ调制器二8的电出入端，IQ调制器一6、IQ调制器二8的输出端分别连接2×1光合束器一9的两个输入端，2×1光合束器一9的输出端连接梳状滤波器一10的输入端，梳状滤波器一10的输出端分别连接相位调制器11、光电检测器一12的光输入端，光电检测器一12的输出端连接相位调制器11的电输入端，相位调制器11的输出端连接梳状滤波器二13的输入端，梳状滤波器二13的输出端连接梳状滤波器三14的输入端，梳状滤波器三14的输出端连接光电检测器二15的输入端；

两个IQ调制器参数设置为：IQ调制器一6、IQ调制器二8集成两臂MZ均偏置于最大传输点，本振源7输入IQ调制器一6的电信号相位与本振源7输入IQ调制器二8的电信号相位差为45度，IQ调制器一6上下两臂电信号相位差为90度，IQ调制器二8上下两臂电信号相位差为180度。

本实施例中，激光器一1，激光器二2的中心频率分别为193.365THz，193.515THz，本振源7提供的射频频率为7.5GHz，经过50/50X型耦合器5，IQ调制器一6，IQ调制器二8的光输入端光谱如图2所示，经过IQ调制器一6，IQ调制器二8，2×1光合束器一输出端光谱如图3所示，经过梳状滤波器一10，相位调制器11光输入端光谱如图4所示，光电检测器一12输入端光谱如图5所示，经过光电检测器一12，相位调制器11电输入端频谱如图6所示，经过相位调制器11，光谱如图7所示，经过梳状滤波器二13，光谱如图8所示，经过梳状滤波器三14，光谱如图9所示，经过光电检测器二15，可生成32倍于本振源频率的240GHz毫米波频谱如图10所示。

在上述实施例中，毫米波的范围并不限于60-240GHz。

本实用新型的上述实施例，可以达到以下有益效果：

本实用新型的上述实施例由于采用了两个并联的IQ调制器以及一个相位调制器和一个光电探测器所组成的二次调制系统，经过光边带筛选后，可产生具备低相位噪声、32倍于本振频率的电信号，与最好的现有技术相比，解决了传统光子倍频器倍频因子比较低，不足以满足市场对更高倍频因子的需求的难题，对未来毫米波更快速的发展十分有益。此外，本实用新型还具有受环境因素影响小、稳定性好、结构简单，易于推广等特点。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种32倍频信号生成装置，其特征在于，包括：

激光器一，激光器二，偏振控制器一，偏振控制器二，50/50X型耦合器，IQ(同相正交)调制器一，本振源，IQ调制器二，2×1光合束器一，梳状滤波器一，相位调制器，光电检测器一，梳状滤波器二，梳状滤波器三，光电检测器二；

所述激光器一的输出端连接所述偏振控制器一的输入端，所述激光器二的输出端连接所述偏振控制器二的输入端，所述偏振控制器一与所述偏振控制器二的输出端分别连接所述50/50X型耦合器的两个输入端，所述50/50X型耦合器的两个输出端分别连接所述IQ调制器一、所述IQ调制器二的光输入端；所述本振源的输出端分别连接所述IQ调制器一、所述IQ调制器二的电出入端，所述IQ调制器一、所述IQ调制器二的输出端分别连接所述2×1光合束器一的两个输入端，所述2×1光合束器一的输出端连接所述梳状滤波器一的输入端，所述梳状滤波器一的输出端分别连接所述相位调制器、所述光电检测器一的光输入端，所述光电检测器一的输出端连接所述相位调制器的电输入端，所述相位调制器的输出端连接所述梳状滤波器二的输入端，所述梳状滤波器二的输出端连接所述梳状滤波器三的输入端，所述梳状滤波器三的输出端连接所述光电检测器二的输入端。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述IQ调制器一、所述IQ调制器二集成两臂MZ(马赫曾德尔)均偏置于最大传输点；

所述本振源输入所述IQ调制器一的电信号相位与所述本振源输入所述IQ调制器二的电信号相位差为45度；

所述IQ调制器一上下两臂电信号相位差为90度，所述IQ调制器二上下两臂电信号相位差为180度。