專利名稱：一種基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波/毫米波信號(hào)發(fā)生的微波光子領(lǐng)域和光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器及其方法。
背景技術(shù)：
高質(zhì)量的微波信號(hào)源在現(xiàn)代雷達(dá)，無(wú)線通信，軟件無(wú)線電，測(cè)試與測(cè)量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的射頻/微波信號(hào)產(chǎn)生方法中，有通過(guò)頻率合成器對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行倍頻產(chǎn)生幾吉赫茲到幾百吉赫茲信號(hào)；也有用電子振蕩器，如常用的晶體振蕩器，但產(chǎn)生的信號(hào)頻率較低；還有通過(guò)兩個(gè)單模激光源輸出信號(hào)進(jìn)行混頻得到微波信號(hào)等。這些方法產(chǎn)生的微波信號(hào)都不可避免的有相位噪聲大、頻譜純度低、頻率穩(wěn)定度不夠好等缺點(diǎn)。光電振蕩器是一種利用光電器件將連續(xù)光能量轉(zhuǎn)換為周期性變換的射頻微波信號(hào)裝置。它解決了傳統(tǒng)產(chǎn)生射頻信號(hào)方法中不可避免的眾多不足，具有高效率、高速度、信號(hào)穩(wěn)定度高和頻譜純度高等優(yōu)點(diǎn)，在產(chǎn)生高頻微波/毫米波信號(hào)方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。光電振蕩器的概念是由Steve Yao和Maleki于1996年首次提出，他們提出了一種基
于長(zhǎng)光纖構(gòu)造一個(gè)高Q值光學(xué)諧振腔的光電振蕩器，其產(chǎn)生信號(hào)Q值可達(dá)IO6。
在隨后的研究中，又不斷產(chǎn)生新的光電振蕩器結(jié)構(gòu)，有雙環(huán)甚至多環(huán)的光電振蕩器，耦合式光電振蕩器，注入鎖定式光電振蕩器，基于Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具的光電振蕩器，基于Whispering-Gallery Modes (WGM)的光電振蕩器等。其中，多環(huán)光電振蕩器、稱合式光電振蕩器、注入鎖定式光電振蕩器均采用長(zhǎng)光纖保證信號(hào)的高Q值，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致在閉合的光電振蕩回路里，滿足相位&整數(shù)倍的起振模式間隔變小，需在閉合的微波鏈路里用一個(gè)高Q值窄帶微波濾波器進(jìn)行濾波，保證微波輸出端能夠得到一個(gè)穩(wěn)定理想的單模信號(hào)。而基于Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具和基于WGM的光電振蕩器原理均是在光域直接濾除不必要的振蕩模式，得到單一穩(wěn)定振蕩理想模式，同時(shí)能保證信號(hào)的高Q值，省去傳統(tǒng)光電振蕩器結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)光纖和窄帶微波濾波器的需要，使結(jié)構(gòu)變得非常簡(jiǎn)單、緊湊化。本發(fā)明中基于窄帶雙峰相移光纖光柵的結(jié)構(gòu)也是通過(guò)雙峰光纖光柵起到一個(gè)高Q值光濾波器作用，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定單頻低相位噪聲信號(hào)輸出。光電振蕩器以其能夠產(chǎn)生高品質(zhì)微波信號(hào)的優(yōu)異性能，被用在眾多領(lǐng)域中，包括光子壓控振蕩器，高頻再生和分布，高增益頻率倍增，頻率梳和脈沖信號(hào)發(fā)生，載波恢復(fù)以及時(shí)鐘恢復(fù)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)光電振蕩器結(jié)構(gòu)體積龐大、不易集成的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易集成的基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器及其方法。。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是
基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器包括波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器、微波放大器、微波耦合器；波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器通過(guò)光纖順次相連；高速光電探測(cè)器、微波放大器、微波耦合器、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器的射頻輸入端通過(guò)微波同軸線順次相連，微波耦合器一個(gè)輸出端口是微波信號(hào)輸出端；其中，單臂馬赫曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器、微波放大器、微波稱合器構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定閉合光電振蕩回路；通過(guò)調(diào)節(jié)波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器的波長(zhǎng)，在光電回路里信號(hào)穩(wěn)定振蕩后，回路里的光波長(zhǎng)自鎖定在雙峰窄帶相移光纖光柵的兩個(gè)透射峰中心處，經(jīng)過(guò)高速光電探測(cè)器拍頻，在微波耦合器的一個(gè)輸出端口產(chǎn)生單頻穩(wěn)定的微波信號(hào)，信號(hào)頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的雙峰中心波長(zhǎng)間隔決定?；谡瓗щp峰相移光纖光柵的光電振蕩方法由可調(diào)諧激光器發(fā)出的單頻光信號(hào)作為光載波，經(jīng)過(guò)偏振控制器注入到單臂馬赫曾德爾調(diào)制器的輸入端，單臂馬赫曾德爾調(diào)制器將微波稱合器一個(gè)輸出端口注入的微波信號(hào)調(diào)制在光載波上，同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)光邊帶；再經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，補(bǔ)償了單臂馬赫曾德爾調(diào)制器的插入損耗并預(yù)補(bǔ) 償窄帶雙峰相移光纖光柵的插入損耗；放大后的信號(hào)輸入到窄帶雙峰相移光纖光柵里，由相移雙峰光纖光柵的兩個(gè)窄帶透射峰從光路中選擇出兩個(gè)模式，繼續(xù)傳輸?shù)礁咚俟怆娞綔y(cè)器中，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個(gè)單頻微波信號(hào)，經(jīng)過(guò)微波放大器放大，由微波耦合器的一個(gè)輸出端口反饋回單臂馬赫曾德爾調(diào)制器的射頻輸入端，完成了一個(gè)閉合的光電振蕩回路；產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的兩個(gè)透射峰中心波長(zhǎng)間隔決定，微波信號(hào)由微波I禹合器的輸出端口輸出；其中，雙窄帶傳輸峰光纖光柵作為高Q值光濾波器，是在光纖光柵中對(duì)稱插入兩段π相移能產(chǎn)生雙窄帶透射峰的光纖光柵，光纖光柵的兩個(gè)窄帶透射峰帶寬為幾十兆赫茲，在眾多的光振蕩模式中，只有兩個(gè)單一模式被兩個(gè)相移光纖光柵的透射峰濾出，經(jīng)過(guò)高速光電探測(cè)器拍頻產(chǎn)生的單頻微波信號(hào)，信號(hào)Q值以及信號(hào)頻譜純度性能大大提高；起到傳統(tǒng)光電振蕩器中長(zhǎng)光纖和窄帶高通微波濾波器的雙重作用。與傳統(tǒng)的光電振蕩器相比，本發(fā)明不需要窄帶高通微波濾波器，不需要長(zhǎng)光纖，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易集成等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)穩(wěn)定實(shí)用的微波信號(hào)源。


圖I是基于窄帶雙峰相移光纖光柵光電振蕩器結(jié)構(gòu)意圖2(a)是馬赫曾德爾調(diào)制器將輸入的微波信號(hào)調(diào)制到光載波上的光譜圖2(b)是窄帶雙峰相移光纖光柵的透射譜圖2(c)是光信號(hào)經(jīng)過(guò)窄帶雙峰相移光纖光柵濾波后的光譜圖。圖中波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器I、偏振控制器2、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測(cè)器6、微波放大器7、微波稱合器8。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)比較清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所不,基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器包括波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器I、偏振控制器2、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測(cè)器6、微波放大器7、微波耦合器8 ;波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器I、偏振控制器2、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測(cè)器6通過(guò)光纖順次相連；高速光電探測(cè)器6、微波放大器7、微波耦合器8、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3的射頻輸入端通過(guò)微波同軸線順次相連，微波耦合器一個(gè)輸出端口 9是微波信號(hào)輸出端；其中，單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測(cè)器6、微波放大器7、微波耦合器8構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定閉合光電振蕩回路；通過(guò)調(diào)節(jié)波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器I的波長(zhǎng)，在光電回路里信號(hào)穩(wěn)定振蕩后，回路里的光波長(zhǎng)自鎖定在雙峰窄帶相移光纖光柵的兩個(gè)透射峰中心處，經(jīng)過(guò)高速光電探測(cè)器拍頻，在微波耦合器8的一個(gè)輸出端口 9產(chǎn)生單頻穩(wěn)定的微波信號(hào)，信號(hào)頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的雙峰中心波長(zhǎng)間隔決定?；谡瓗щp峰相移光纖光柵的光電振蕩方法由可調(diào)諧激光器I發(fā)出的單頻光信號(hào)作為光載波，經(jīng)過(guò)偏振控制器2注入到單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3的輸入端，單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3將微波稱合器8 一個(gè)輸出端口注入的微波信號(hào)調(diào)制在光載波上，同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)光邊帶；再經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器4對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，補(bǔ)償了單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3的插入損耗并預(yù)補(bǔ)償窄帶雙峰相移光纖光柵5的插入損耗；放大后的信號(hào)輸入到窄帶雙峰相移光纖光柵5里，由相移雙峰光纖光柵的兩個(gè)窄帶透射峰從光路中選擇出兩個(gè)模式，繼續(xù)傳輸?shù)礁咚俟怆娞綔y(cè)器6中，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個(gè)單頻微波信號(hào)，經(jīng)過(guò)微波放大器7放大，由微波耦合器的一個(gè)輸出端口反饋回單臂馬赫曾德爾調(diào)制器3的射頻輸入端，完成了一個(gè)閉合的光電振蕩回路；產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵5的兩個(gè)透射峰中心波長(zhǎng)間隔決定，微波信號(hào)由微波I禹合器8的輸出端口 9輸出；其中,雙窄帶傳輸峰光纖光柵5作為高Q值光濾波器，是在光纖光柵中對(duì)稱插入兩段π相移能產(chǎn)生雙窄帶透射峰的光纖光柵，光纖光柵的兩個(gè)窄帶透射峰帶寬為幾十兆赫茲，在眾多的光振蕩模式中，只有兩個(gè)單一模式被兩個(gè)相移光纖光柵的透射峰濾出，經(jīng)過(guò)高速光電探測(cè)器6拍頻產(chǎn)生的單頻微波信號(hào)，信號(hào)Q值以及信號(hào)頻譜純度性能大大提高；起到傳統(tǒng)光電振蕩器中長(zhǎng)光纖和窄帶高通微波濾波器的雙重作用。光電振蕩回路中，在馬赫曾德爾調(diào)制器輸出端產(chǎn)生光載波和多階諧波邊帶，如圖2(a)所示，窄帶雙峰相移光纖光柵透射譜如圖2 (b)所示，通過(guò)反饋電路將可調(diào)激光器的波
長(zhǎng)鎖定在窄帶雙峰相移光纖光柵的一個(gè)透射峰中L· I處，另一個(gè)窄帶透射峰濾出眾多邊帶
中的一個(gè)邊帶* +M,濾出兩個(gè)穩(wěn)定振蕩光模式,如圖2 (c)所示，經(jīng)高速光電探測(cè)器拍頻產(chǎn)生單頻穩(wěn)定低噪聲的微波信號(hào)，其頻率為) (c為光速，LX為相移光柵的兩個(gè)透射峰間距，η為相移光柵的折射率，Λ為可調(diào)激光器的中心波長(zhǎng))。
權(quán)利要求
1.一種基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器，其特征在于包括波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器(I)、偏振控制器(2)、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、窄帶雙峰相移光纖光柵(5 )、高速光電探測(cè)器(6 )、微波放大器(7 )、微波耦合器(8 );波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器(I)、偏振控制器(2)、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、窄帶雙峰相移光纖光柵(5)、高速光電探測(cè)器(6)通過(guò)光纖順次相連；高速光電探測(cè)器(6)、微波放大器(7)、微波耦合器(8)、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)的射頻輸入端通過(guò)微波同軸線順次相連，微波耦合器一個(gè)輸出端口(9)是微波信號(hào)輸出端；其中，單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、窄帶雙峰相移光纖光柵(5)、高速光電探測(cè)器(6)、微波放大器(7)、微波稱合器(8)構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定閉合光電振蕩回路；通過(guò)調(diào)節(jié)波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器(I)的波長(zhǎng)，在光電回路里信號(hào)穩(wěn)定振蕩后，回路里的光波長(zhǎng)自鎖定在雙峰窄帶相移光纖光柵的兩個(gè)透射峰中心處，經(jīng)過(guò)高速光電探測(cè)器拍頻，在微波耦合器(8)的一個(gè)輸出端口(9)產(chǎn)生單頻穩(wěn)定的微波信號(hào)，信號(hào)頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的雙峰中心波長(zhǎng)間隔決定。
2.—種使用如權(quán)利要求I所述光電振蕩器的基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩方法，其特征在于由可調(diào)諧激光器(I)發(fā)出的單頻光信號(hào)作為光載波，經(jīng)過(guò)偏振控制器(2)注入到單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)的輸入端，單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)將微波耦合器(8)—個(gè)輸出端口注入的微波信號(hào)調(diào)制在光載波上，同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)光邊帶；再經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器(4)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，補(bǔ)償了單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)的插入損耗并預(yù)補(bǔ)償窄帶雙峰相移光纖光柵(5)的插入損耗；放大后的信號(hào)輸入到窄帶雙峰相移光纖光柵(5)里，由相移雙峰光纖光柵的兩個(gè)窄帶透射峰從光路中選擇出兩個(gè)模式，繼續(xù)傳輸?shù)礁咚俟怆娞綔y(cè)器(6)中，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個(gè)單頻微波信號(hào)，經(jīng)過(guò)微波放大器(7)放大，由微波耦合器的一個(gè)輸出端口反饋回單臂馬赫曾德爾調(diào)制器(3)的射頻輸入端，完成了一個(gè)閉合的光電振蕩回路；產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵(5)的兩個(gè)透射峰中心波長(zhǎng)間隔決定，微波信號(hào)由微波I禹合器(8)的輸出端口(9)輸出；其中,雙窄帶傳輸峰光纖光柵(5)作為高Q值光濾波器，是在光纖光柵中對(duì)稱插入兩段η相移能產(chǎn)生雙窄帶透射峰的光纖光柵，光纖光柵的兩個(gè)窄帶透射峰帶寬為幾十兆赫茲，在眾多的光振蕩模式中，只有兩個(gè)單一模式被兩個(gè)相移光纖光柵的透射峰濾出，經(jīng)過(guò)高速光電探測(cè)器(6)拍頻產(chǎn)生的單頻微波信號(hào)，信號(hào)Q值以及信號(hào)頻譜純度性能大大提高；起到傳統(tǒng)光電振蕩器中長(zhǎng)光纖和窄帶高通微波濾波器的雙重作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器及其方法。包括波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器、微波放大器、微波耦合器；波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器通過(guò)光纖順次相連；高速光電探測(cè)器、微波放大器、微波耦合器、單臂馬赫曾德爾調(diào)制器的射頻輸入端通過(guò)微波同軸線順次相連，微波耦合器一個(gè)輸出端口是微波信號(hào)輸出端。本發(fā)明避免使用了傳統(tǒng)光電振蕩器為提高信號(hào)Q值和頻譜純度所必需的長(zhǎng)光纖、高Q值高通微波濾波器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易集成等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/50GK102931568SQ20121045622
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者每媛, 池灝, 鄭史烈, 章獻(xiàn)民, 金曉峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)