CN206313278U

CN206313278U - 一种微波信号发生器

Info

Publication number: CN206313278U
Application number: CN201621226868.4U
Authority: CN
Inventors: 肖平平
Original assignee: Yichun University
Current assignee: Yichun University
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-07-07
Anticipated expiration: 2026-11-15

Abstract

本实用新型公开了一种微波信号发生器。包括一个光学谐振腔、和一个掺杂光纤放大器、以及相应的可调谐光源，其特征是所述光学谐振腔为一置于所述掺杂光纤放大器外部的光学无源谐振腔，所述可调谐光源经一光纤耦合器与所述掺杂光纤放大器的输入端相连接，所述掺杂光纤放大器与光学无源谐振腔相连接；所述光学无源谐振腔包括单模光纤。该微波信号发生器结构简单，成本低廉，输出激光稳定，单纵模，线宽窄，波长数量多和宽带可调谐；且能够较方便地移植到其他任意波长（段）产生相应的高阶布里渊光。

Description

一种微波信号发生器

技术领域

本实用新型涉及的通信技术领域，具体是一种微波信号发生器。

背景技术

布里渊光纤激光器以其固有的退噪声，线宽窄化及高稳定性质获得了广范的应用；比如说在测量，传感，微波产生，光通信等领域都有基础性作用。

以往的布里渊光纤激光器基本上是在有源腔的条件下产生的，激光光束质量受到限制。比如说较长（腔长超过20米）的有源腔的布里渊光纤激光器难以产生单纵模；而较短腔长（腔长小于20米）的有源腔布里渊光纤激光器可以产生单纵模输出，但由于有源腔中自发辐射的影响激光信噪比降低。更主要的是有源腔光纤微波信号发生器只有二到三个纳米的波长可调范围，这严重限制了它的广泛应用。

多波长布里渊光纤激光器在简单腔中产生的方法很早就有报道。比如，G.J.Cowle等早在1996年就提出了在有源腔中加入反S型结构提供反馈的方法获得了五级的布里渊光输出。而宋跃江等在2005年的文献中介绍的自注入布里渊光纤激光器中更产生了上百级的布里渊光。然而，以往多波长布里渊光纤激光器只能在很长的腔长中产生（一般是百米量级以上），而且常常借助在腔内增益介质提供的增益来克服布里渊效应的阈值。长腔导致的多纵模及增益介质导致的低信噪比使这类多波长激光器很少获得实用。

因此，使用新的方式和相应结构的装置获得多波长、单个纵模的布里渊光纤激光器是当前研究布里渊光纤激光器的一个热点。能在获得多波长、单纵模布里渊光纤激光器的前提下，使激光器的输出波长可以在几十个纳米的范围内可以调节更使该激光器的实用价值获得提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种微波信号发生器。该微波信号发生器结构简单，成本低廉，输出激光稳定，单纵模，线宽窄，波长数量多和宽带可调谐；且能够较方便地移植到其他任意波长（段）产生相应的高阶布里渊光。

本实用新型的微波信号发生器包括一个光学谐振腔、和一个掺杂光纤放大器、以及相应的可调谐光源，其特征是所述光学谐振腔为一置于所述掺杂光纤放大器外部的光学无源谐振腔，所述可调谐光源经一光纤耦合器与所述掺杂光纤放大器的输入端相连接，所述掺杂光纤放大器与光学无源谐振腔相连接，所述光学无源谐振腔同时通过相应的光纤环形器和/或光纤耦合器连接于掺杂光纤放大器的输入端；所述光学无源谐振腔包括单模光纤，所述可调谐激光源与第一四端口光纤耦合器的一双端口端的一个端口相连接，第一四端口光纤耦合器的另一双端口端的一个端口与所述掺杂光纤放大器输入端相连接，掺杂光纤放大器的输出端与一光纤环形器的第一端口相连接，所述光纤环形器的第二和第三端口分别对应与所述单模光纤的一端、和第二四端口光纤耦合器的一双端口端的一个端口相连接，第二四端口光纤耦合器的一双端口端的另一个端口与光电探测器的输入端连接，光电探测器的相应的输出端与电谱仪连接。所述第二四端口光纤耦合器的另一双端口端的一个端口与所述第一四端口光纤耦合器的另一双端口端的另一个端口相连接。

所述可调谐光源为可调谐激光器，所述掺杂光纤放大器为掺饵光纤放大器。

本实用新型充分利用布里渊增益谱窄带的特征，利用10米左右长的光纤作为谐振腔的长度就可以实现布里渊单纵模激光的输出；利用布里渊激光与泵浦光相比具有线宽窄化和退噪声的特征，从而可获得高质量低噪声的布里渊激光；本实用新型的优点在于，它把宽带均匀增益介质（放大器）与作为布里渊增益的非均匀介质（无源腔内的光纤）分开从而提高了各级布里渊光的质量；本实用新型又在这一基础上把部分布里渊光反馈回放大器，从而在同一个环中产生了多达8级的布里渊光。本实用新型结构简单，使用的均是常用的光纤器件，所以较容易大规模使用。由于使用无源腔，没有自由振荡腔频的存在也即不受自由腔频的限制；只要通过调节泵浦光的波长就可获得不同波段布里渊多波长激光输出，实现了宽带可调谐的功能。

附图说明

图1为本实用新型微波信号发生器结构示意图。图2为布里渊泵浦与一阶Stokes光的测量装置的电探测器、电谱仪与第二四端口光纤耦合器连接结构示意图。

具有实施方式

现通过实施例并结合附图对实用新型作进一步说明：

本实用新型通过将宽带放大器与无源腔分开，并且再次把布里渊光反馈回宽带放大器放大，从而产生了多级布里渊光。宽带放大器的作用是提供增益，而且是均匀的增益。受激布里渊光发生在无源腔内，与入射光的方向相反。由于光纤中的受激布里渊散射是阈值效应，所以放大器要有足够的功率来克服其发生的阈值。其使用一个光学无源谐振腔和一个置于所述光学无源谐振腔（或光学谐振腔）外部、其输出端与所述无源谐振腔通过环形器相连接的掺饵光纤放大器，采用掺饵光纤放大器与光学无源谐振腔分开，无源谐振腔内只实现布里渊激光振荡，布里渊泵浦光放大机制放在谐振腔外，掺饵光纤放大器的输入端经光纤耦合器连接可调谐激光器（光源），并同时通过相应的光纤耦合器将所述光学无源谐振腔与掺饵光纤放大器的输入端相连接，构成一反馈式的微波信号发生器；

将利用来自可调谐激光器并经掺饵光纤放大器放大输出到达光学无源谐振腔的泵浦光发生受激布里渊散射效应获得的斯托克斯光全部或部分循环返馈回掺饵光纤放大器的输入端，进而获得布里渊多波长激光。

本实用新型的微波信号发生器如图1和2所示，光学无源谐振腔包括单模光纤6、第二四端口光纤耦合器7的Port4端口和Port1端口、以及光纤环形器5的端口2和端口3等构成；可调谐激光器1与第一四端口光纤耦合器2的双端口端的Port1端口相连接，第一四端口光纤耦合器2的另一双端口端的Port3端口与掺饵光纤放大器4输入端相连接，掺饵光纤放大器4的输出端与光纤环形器5的第1端口相连接，光纤环形器5的第2和第3端口分别对应与单模光纤6的一端和第二四端口光纤耦合器7的一双端口端的Port1端口相连接，第二四端口光纤耦合器7的一双端口端的Port2与光电探测器9连接，光电探测器8的相应的输出端与电谱仪（ESA）9连接。第二四端口光纤耦合器7的另一双端口端的Port3端口与第一四端口光纤耦合器2的另一双端口端的Port2端口相连接，第二四端口光纤耦合器7的另一双端口端的Port4端口与偏振控制器11的一端连接，偏振控制器11的另一端单模光纤6的另一端相连接，第一四端口光纤耦合器2的另一双端口端的Port4端口与光谱仪3相连接。从光电探测器可得到高质量的使需要的微波信号。

通过光电探测器9及电谱仪（ESA）测量监控从5/95的5%端口输出的布里渊泵浦与一阶Stokes光。其偏振控制器(PC)11是处理光纤中信号偏振态(SOP)的重要器件,它是偏振模色散(PMD)自适应补偿器的重要组成部分。而可调谐激光器（TLS）1作为泵浦信号源，该泵浦信号经第一四端口光纤耦合器2的Port1端口进入并自其Port3端口输出到达掺饵光纤放大器4的输入端，由掺饵光纤放大器4进行功率放大，放大后的泵浦光从光纤环形器5第1端口入、再自光纤环形器5的第2端口注入单模光纤6；一旦掺饵光纤放大器4放大后的泵浦光功率超过单模光纤6的布里渊阈值，其发生受激布里渊散射效应产生的反向运行的布里渊斯托克斯光就能在谐振腔内形成振荡，即产生一个比泵浦光频率下移一阶布里渊斯托克斯光，此阶布里渊斯托克斯光经第二四端口光纤耦合器7的5％的输出端（即port3端口）输出反馈回第一四端口光纤耦合器2的Port2端口，又经掺饵光纤放大器4放大后送入到光学无源谐振腔作为下一阶布里渊斯托克斯光的泵浦光以产生下一阶布里渊斯托克斯光，循环反复就可获得多阶布里渊多波长激光。

通过改变可调谐激光器（TLS）的波长实现多波长的宽带可调谐；并且，可通过改变可调谐激光器（TLS）的波段以及与此波段相适应的掺杂光纤放大器，以在任意波段产生相应的多波长布里渊激光。

我们在30MHz扫描范围内没有观察到多纵模，模式相当稳定无跳模现象，并且我们用延迟线自拍法测量得到的线宽小于5kHz；测量的结果受限于我们的测量方法与使用的仪器分辨率；将来换更精确的方法测量应该会得到更窄的线宽。

本实施例第一四端口光纤耦合器2的耦合比为50/50，第二四端口光纤耦器7的耦合比5/95（亦可为10/90）；微波信号发生器工作时，将可调谐激光器1的输出信号光功率调到最大（10mW），经掺铒光纤放大器4放大后功率为106mW时，达到单模光纤6（光学谐振腔）的布里渊阈值,获得的第一级布里渊激光再经掺铒光纤放大器4放大后达到第二级布里渊阈值,根据这一原理，最后获得多阶布里渊激光输出，光谱仪的分辨率是0.02nm。

由于布里渊谐振腔是无源的，它产生的布里渊激光与泵浦光相比有明显的线宽窄化和噪声减弱效应，因而提高了各级布里渊激光的质量，这对多波长布里渊激光的应用极有好处。我们测量了一阶布里渊光与泵浦光的光谱图，其布里渊激光对于泵浦光有很强的退噪声特点，信噪比提高了约20dB。

本实用新型的多波长布里渊光纤激光器并不限于本实施例中的波段，而提供了一个在任意波长（波段）产生相应高阶布里渊激光的方案；即在其它波段都是成立的。由于布里渊频移是固定的,布里渊激光的频率受泵浦光频率的控制(即上述实施例中TLS的频率)，只要调整泵浦光源波段，同时替换相应波段的掺杂光纤放大器就能构成相应波段的多波长微波信号发生器。比如说工作在1064nm这个波段，只要将TLS泵浦源以及光纤放大器替换成1064nm波段，在整个实施方案中实验方法没有任何改变，只是所的相关光器件的工作波长作了改变。由于各种不同波段的光源和光纤光放大器的不断涌现，有理由认为本实用新型的结构会在其他的波段上获得应用。

Claims

1.一种微波信号发生器，包括一个光学谐振腔、和一个掺杂光纤放大器、以及相应的可调谐光源，其特征是所述光学谐振腔为一置于所述掺杂光纤放大器外部的光学无源谐振腔，所述可调谐光源经一光纤耦合器与所述掺杂光纤放大器的输入端相连接，所述掺杂光纤放大器与光学无源谐振腔相连接，所述光学无源谐振腔同时通过相应的光纤环形器和/或光纤耦合器连接于掺杂光纤放大器的输入端；所述光学无源谐振腔包括单模光纤，所述可调谐激光源与第一四端口光纤耦合器的一双端口端的一个端口相连接，第一四端口光纤耦合器的另一双端口端的一个端口与所述掺杂光纤放大器输入端相连接，掺杂光纤放大器的输出端与一光纤环形器的第一端口相连接，所述光纤环形器的第二和第三端口分别对应与所述单模光纤的一端、和第二四端口光纤耦合器的一双端口端的一个端口相连接，第二四端口光纤耦合器的一双端口端的另一个端口与光电探测器的输入端连接，光电探测器的相应的输出端与电谱仪连接；所述第二四端口光纤耦合器的另一双端口端的一个端口与所述第一四端口光纤耦合器的另一双端口端的另一个端口相连接；第二四端口光纤耦合器的另一双端口端的另一端口与一偏振控制器的一端连接，偏振控制器的另一端与单模光纤的另一端相连接。

2.根据权利要求1所述微波信号发生器，其特征是所述可调谐光源为可调谐激光器，所述掺杂光纤放大器为掺饵光纤放大器。