專利名稱：利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖光柵激光器實(shí)現(xiàn)雙路微波、毫米波的裝 置及其實(shí)現(xiàn)方法。適用于光纖微波通信(RoF: Radio on/over Fiber)、微波光子、 光纖傳感、光纖激光器、光纖通信以及雷達(dá)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微波光子技術(shù)將微波學(xué)和光學(xué)融合在一起，成為一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，通 常稱為Microwave Photonics(簡(jiǎn)稱MWP)。光子技術(shù)和微波、毫米波的集成在遠(yuǎn) 程通信的發(fā)展上打開了一個(gè)神奇的、充滿希望的領(lǐng)域。光技術(shù)和電波技術(shù)相融 合，利用光纖具有的低損耗、大容量、無感應(yīng)、重量輕、易于搬運(yùn)等特點(diǎn)，在 傳統(tǒng)的微波技術(shù)中引入光技術(shù)，可組成信息社會(huì)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，充分利用光纖的 寬帶寬、無線的自由，達(dá)到個(gè)別技術(shù)不斷發(fā)展也無法實(shí)現(xiàn)的通信系統(tǒng)高功能化 和高度化，提供最后1公里的最佳解決途徑。這種在無線/移動(dòng)通信系統(tǒng)的接 入系統(tǒng)中、在軍用的天線遠(yuǎn)程控制以及智能交通系統(tǒng)中把光纖通信和微波通信 結(jié)合的系統(tǒng)就是光纖微波通信(RoF: Radio on/over Fiber)。 RoF技術(shù)在無線/移
動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用，可將基站端的基帶處理、調(diào)制、混頻功能后移到基站控制 器端集中處理，而基站端只保留光電轉(zhuǎn)換、濾波和放大功能，這樣可大大降低 基站的成本，在未來的密集微蜂窩通信系統(tǒng)中，由于基站數(shù)量眾多，采用RoF技 術(shù)可大大降低系統(tǒng)的成本。微波光纖通信系統(tǒng)，光域上的微波光子信號(hào)處理。 比起傳統(tǒng)基于電子設(shè)備的微波信號(hào)處理，微波光子信號(hào)處理除了具有時(shí)間帶寬 積高、抗電磁干擾、線路和設(shè)備間的串?dāng)_小、調(diào)諧方便的優(yōu)點(diǎn)外，微波光子信 號(hào)處理技術(shù)是在光域上對(duì)微波信號(hào)處理，它能與RoF傳輸系統(tǒng)天然匹配，中間 無需光電和電光轉(zhuǎn)換設(shè)備。電處理器的帶寬限制了高帶寬的光電信號(hào)的處理， 以光子取代電子，在較高的速率處理信號(hào)，這樣就可以避免電子瓶頸。微波光
子集中了射頻波和光纖的優(yōu)點(diǎn)，在射頻波和光纖之間實(shí)現(xiàn)透明轉(zhuǎn)換。微波提供 了低成本可移動(dòng)無線連接方式，而光纖提供了低損寬帶連接，該連接方式不受 電的影響。在光纖中實(shí)現(xiàn)射頻波的帶通傳輸，無衰減，無信道間的相互干擾。
毫米波信號(hào)的光方式產(chǎn)生具有很大的吸引力，因?yàn)楝F(xiàn)存的系統(tǒng)都面臨頻率 帶寬短缺的問題。對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鷣碛惹?，目前多種毫米波的光方 式產(chǎn)生方法業(yè)己被論證，毫米波的光方式產(chǎn)生有其特有的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)的寬 頻域載波信號(hào)范圍和光纖連接的低損傳輸能力。
遠(yuǎn)程架設(shè)天線，天線與收信機(jī)通過光纖相連接，光纖取代傳統(tǒng)的同軸電纜， 稱為光遠(yuǎn)程天線。它的長(zhǎng)處是天線不用配置放大器，不用供電，天線與收信機(jī)
完全電氣絕緣，作為EMC(Electro Magnetic Compatibility電磁兼容)應(yīng)用的電場(chǎng) 傳感器倍受注目。若干條光纖和天線陣列狀排列，組成光控制陣列天線，控制 向天線傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)的振幅和相位，形成天線發(fā)射的電波射束并進(jìn)行射束掃 描。與使用同軸電纜、波導(dǎo)管向天線傳輸微波、毫米波的方法相比，天線外圍 設(shè)備不僅小型化、輕量化，而且還能形成更加理想的電波射束，微波的相位控 制可采用各種光信號(hào)處理技術(shù)。
光纖技術(shù)在相控陣?yán)走_(dá)中已應(yīng)用多年，目前這類雷達(dá)的工作頻率范圍為不 大于18GHz，并且正逐步向毫米波擴(kuò)展。在相控陣?yán)走_(dá)中采用光纖微波傳輸有 利于隔離輻射陣元，控制陣元的相對(duì)相位，處理各種電子戰(zhàn)環(huán)境下的回波信號(hào)。 然而，這類概念的付諸實(shí)現(xiàn)需要成百上千個(gè)微波輻射陣元，甚至需要很多高頻 光電器件。
微波可以通過電域的模擬電路或者數(shù)字電路得到，頻率局限在幾GHz以下， 難以產(chǎn)生更高頻率微波或者毫米波。
光學(xué)方法產(chǎn)生微波、毫米波是一項(xiàng)微波光子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。利用光電技術(shù) 產(chǎn)生微波頻率的傳統(tǒng)方法是基于兩個(gè)可調(diào)諧的頻率相近的激光束，這就要求激 光器具有非常好的頻率穩(wěn)定性。另一種方法是在復(fù)雜的光學(xué)整合電路中，頻移
射頻調(diào)制激光器頻率，但是該方法僅限于產(chǎn)生低頻信號(hào)(〈lGHz)。最近，又研究
了很多用于產(chǎn)生微波信號(hào)的新方法有將光纖環(huán)共振腔作為頻率調(diào)制器，利用 光纖的布里淵散射作用產(chǎn)生相位調(diào)制的微波信號(hào)；有采用兩個(gè)或多個(gè)固態(tài)微芯 片溫度和電壓調(diào)諧激光器的干涉產(chǎn)生動(dòng)態(tài)可調(diào)諧、低噪聲的微波毫米波信號(hào)， 頻率從幾GHz到100GHz;有采用布拉格光柵取代馬赫曾德干涉儀作為濾波器， 產(chǎn)生毫米波；還有基于非啁啾高斯脈沖在傳輸過程中的色散和非線性效應(yīng)產(chǎn)生 復(fù)雜頻率的微波毫米波。這些產(chǎn)生方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，產(chǎn)生的效率不 高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的微波、毫米波電的方法或者光學(xué)方法產(chǎn)生的不足，本發(fā)明 提供利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置。 本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)是通過以下技術(shù)方案；
利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置，構(gòu)成該裝置的器 件之間的連接
兩個(gè)有源光纖通過保偏光纖光柵連接；
在兩個(gè)有源光纖的另外兩端各接入一個(gè)寬帶光纖光柵；
兩個(gè)寬帶光纖光柵的反射譜互相隔開，或有較弱的重疊部分，重疊部分對(duì) 應(yīng)的反射率比保偏光纖光柵的反射率至少低ldB;
在兩個(gè)寬帶光纖光柵的后面，分別利用耦合器把第一泵浦光和第二泵浦光 耦合進(jìn)有源光纖中；
保偏光纖光柵的兩個(gè)反射峰分別與兩個(gè)寬帶光纖光柵(形成不同波長(zhǎng)的激 光諧振腔)，產(chǎn)生激光，在第一線型腔或/和第二線型腔端部輸出單偏振雙波長(zhǎng)
輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第一線型腔的輸出端進(jìn)入第一光電探測(cè)器； 輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第二線型腔的輸出端進(jìn)入第二光電探測(cè)器，雙波
長(zhǎng)激光在第一光電探測(cè)器或/和第二光電探測(cè)器差頻產(chǎn)生微波或者毫米波，得到 單路或雙路微波或者毫米波。
兩個(gè)有源光纖選用摻鉺、或摻鐿、或摻鈥、或鐿鉺共摻、或摻釷、或摻鐠、 或摻釹光纖。
兩個(gè)有源光纖或?yàn)楸Ｆ饫w。
本發(fā)明的有益效果具體如下
微波可以通過電域的模擬電路或者數(shù)字電路得到，但是頻率局限在幾GHz 以下，難以產(chǎn)生更高頻率微波或者毫米波。已有的光學(xué)方法產(chǎn)生微波或者毫米 波的方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，產(chǎn)生的效率不高。
而本發(fā)明采用比保偏有源光纖價(jià)格低得多的普通有源光纖作為增益介質(zhì)， 只需要一個(gè)保偏光纖光柵，保證每個(gè)腔諧振在一個(gè)偏振態(tài)上。每個(gè)偏振態(tài)的激 光諧振腔是獨(dú)立的，不需要偏振控制。由于光纖激光器諧振腔的一端采用了寬 帶的光柵，使之與窄帶保偏光纖的反射峰對(duì)準(zhǔn)諧振更容易，降低了對(duì)光柵的要 求，比通常的雙波長(zhǎng)激光器更容易實(shí)現(xiàn)，輸出更穩(wěn)定的單偏振態(tài)，穩(wěn)定的雙波 長(zhǎng)輸出到光電探測(cè)器中，雙波長(zhǎng)在光電探測(cè)器中差頻產(chǎn)生微波或者毫米波，具 有更高的性價(jià)比。本發(fā)明降低了對(duì)有源光纖的一致性要求，使有源光纖長(zhǎng)度等 特性的不一致不會(huì)引起單偏振雙波長(zhǎng)激光器的實(shí)質(zhì)性的影響，從而不會(huì)影響微 波或者毫米波的產(chǎn)生。本發(fā)明為全光纖結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還具有受環(huán)境影響小、結(jié) 構(gòu)緊湊、易于實(shí)施等特點(diǎn)。


圖l為利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置示意圖。
圖2為利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置中使用的光柵 示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的就是提供利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的
裝置，克服已有的電域或者光域產(chǎn)生微波或者毫米波的不足。
下面結(jié)合附圖1和2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 實(shí)施例h
利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置，構(gòu)成該裝置的器
件之間的連接
1. 選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的摻鉺有源光纖21和22，把摻鉺有源光纖21和22用保偏光纖 光柵ll連接起來。
2. 在慘鉺有源光纖21和摻鉺有源光纖22的另外兩端分別接入寬帶光纖光柵 12和寬帶光纖光柵13，寬帶光纖光柵12和寬帶光纖光柵13的反射譜互相隔開， 沒有重疊部分，或有較弱的重疊部分，即重疊部分對(duì)應(yīng)的反射率比保偏光纖光 柵的反射率至少低ldB。
3.在寬帶光纖光柵12和寬帶光纖光柵13的后面，分別利用耦合器把第一泵 浦光31和第二泵浦光32耦合進(jìn)摻鉺有源光纖中。
4. 保偏光纖光柵11的兩個(gè)反射峰分別與寬帶光纖光柵12和寬帶光纖光柵13 形成不同波長(zhǎng)的激光諧振腔，產(chǎn)生激光，在第一線型腔41或者第二線型腔42端 部輸出單偏振雙波長(zhǎng)激光。
圖2中l(wèi)ll為保偏光纖光柵ll的一個(gè)反射峰，112為保偏光纖光柵11的另外 一個(gè)反射峰，121為一個(gè)寬帶光纖光柵12的反射峰，以點(diǎn)畫線區(qū)分，131為一個(gè) 寬帶光纖光柵13的反射峰，以虛線區(qū)分。保偏光纖光柵的反射峰lll與寬帶光纖 光柵12K慘鉺有源光纖21構(gòu)成一個(gè)諧振腔，保偏光纖光柵的另外一個(gè)反射峰112 與寬帶光纖光柵131、摻鉺有源光纖22構(gòu)成一個(gè)諧振腔，這兩個(gè)腔在泵浦激光的 作用下諧振，產(chǎn)生兩個(gè)單偏振波長(zhǎng)的激光。產(chǎn)生的雙波長(zhǎng)單偏振激光的功率不 要求相同，其差值可以為任意的值。
5. 輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第一線型腔41的輸出端進(jìn)入第一光電探測(cè) 器51;輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第二線型腔42的輸出端進(jìn)入第二光電探測(cè)
器52，雙波長(zhǎng)激光在第一光電探測(cè)器51和第二光電探測(cè)器52差頻產(chǎn)生微波或者 毫米波，得到雙路微波或者毫米波。
摻鉺有源光纖的長(zhǎng)度根據(jù)摻雜濃度和泵浦光功率來定，摻鉺有源光纖保證 在給定的泵浦功率下，選擇適當(dāng)?shù)挠性垂饫w長(zhǎng)度和適當(dāng)?shù)膿诫s濃度構(gòu)成的諧振 腔的增益滿足激光器的諧振條件即可的。慘鉺有源光纖最短長(zhǎng)度lcm，摻鉺有源 光纖的長(zhǎng)度最大為選擇泵浦光功率、有源摻雜吸收系數(shù)、有源光纖以及連接 點(diǎn)等構(gòu)成腔的損耗，在給定的泵浦光的作用下，剛好能夠產(chǎn)生激光時(shí)的摻鉺有 源光纖長(zhǎng)度。
實(shí)施例2:
利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置，構(gòu)成該裝置的器件 之間的連接
1. 選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的摻鐿保偏有源光纖21和22采用保偏有源光纖，把摻鐿保 偏有源光纖21和22用保偏光纖光柵11連接起來。
2. 在摻鐿保偏有源光纖21和保偏有源光纖22的另外兩端分別接入寬帶光纖 光柵12和寬帶光纖光柵13，寬帶光纖光柵12和寬帶光纖光柵13的反射譜互相隔 開，或有較弱的重疊部分，即重疊部分對(duì)應(yīng)的反射率比保偏光纖光柵的反射率 至少低ldB。
3. 在寬帶光纖光柵12和寬帶光纖光柵13的后面，分別利用耦合器把第一泵 浦光31和第二泵浦光32耦合進(jìn)保偏有源光纖中。
4. 保偏光纖光柵11的兩個(gè)反射峰分別與寬帶光纖光柵12和寬帶光纖光柵13 形成不同波長(zhǎng)的激光諧振腔，產(chǎn)生激光，在第一線型腔41和第二線型腔42端部 輸出雙波長(zhǎng)激光。
圖2中l(wèi)ll為保偏光纖光柵ll的一個(gè)反射峰，112為保偏光纖光柵11的另外
一個(gè)反射峰，121為一個(gè)寬帶光纖光柵12的反射峰，以點(diǎn)畫線區(qū)分，131為一個(gè) 寬帶光纖光柵13的反射峰，以虛線區(qū)分。保偏光纖光柵的反射峰lll與寬帶光纖 光柵121、摻鐿保偏有源光纖21構(gòu)成一個(gè)諧振腔，保偏光纖光柵的另外一個(gè)反射 峰112與寬帶光纖光柵131、摻鐿保偏有源光纖22構(gòu)成一個(gè)諧振腔，這兩個(gè)腔在 泵浦激光的作用下諧振，產(chǎn)生兩個(gè)單偏振波長(zhǎng)的激光。產(chǎn)生的雙波長(zhǎng)單偏振激 光的功率不要求相同，其差值可以為任意的值。
5.輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第一線型腔41的輸出端進(jìn)入和第一光電探 測(cè)器51;或輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過和第二線型腔42的輸出端進(jìn)入第二光 電探測(cè)器52，雙波長(zhǎng)激光在第一光電探測(cè)器51或第二光電探測(cè)器52差頻產(chǎn)生微 波或者毫米波，得到單路微波或者毫米波。
摻鐿保偏有源光纖的長(zhǎng)度根據(jù)摻雜濃度和泵浦光功率來定，摻鐿保偏有源光 纖保證在給定的泵浦功率下，選擇適當(dāng)?shù)膿借O保偏有源光纖長(zhǎng)度和適當(dāng)?shù)膿诫s 濃度構(gòu)成的諧振腔的增益滿足激光器的諧振條件即可的。摻鐿保偏有源光纖最 短長(zhǎng)度lcm，摻鐿保偏有源光纖的長(zhǎng)度最大為選擇泵浦光功率、有源摻雜吸收 系數(shù)、有源光纖以及連接點(diǎn)等構(gòu)成腔的損耗，在給定的泵浦光的作用下，剛好 能夠產(chǎn)生激光時(shí)的摻鐿有源光纖長(zhǎng)度。
有源光纖選用摻鉺、或摻鐿、或摻鈥、或鐿鉺共摻、或摻釷、或摻鐠、或 摻釹光纖。
所用的器件和材料均為商用化器件和材料。
權(quán)利要求
1.利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波的裝置，其特征在于，構(gòu)成該裝置的器件之間的連接有源光纖(21)和(22)用保偏光纖光柵(11)連接；在有源光纖(21)和有源光纖(22)的另外兩端分別接入寬帶光纖光柵(12)和寬帶光纖光柵(13)；寬帶光纖光柵(12)和寬帶光纖光柵(13)的反射譜互相隔開；在寬帶光纖光柵(12)和寬帶光纖光柵(13)的后面，利用耦合器把第一泵浦光(31)或/和第二泵浦光(32)耦合進(jìn)有源光纖中；保偏光纖光柵(11)的兩個(gè)反射峰分別與寬帶光纖光柵(12)和寬帶光纖光柵(13)形成不同波長(zhǎng)的激光諧振腔，產(chǎn)生激光，在第一線型腔(41)或者第二線型腔(42)端部輸出單偏振雙波長(zhǎng)激光；輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第一線型腔(41)的輸出端進(jìn)入光電探測(cè)器(51)；輸出的單偏振雙波長(zhǎng)激光通過第二線型腔(42)的輸出端進(jìn)入第二光電探測(cè)器(52)，雙波長(zhǎng)激光在第一光電探測(cè)器(51)或/和第二光電探測(cè)器(52)差頻產(chǎn)生微波或者毫米波，得到單路或雙路微波或者毫米波。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光器實(shí)現(xiàn)雙路微波、毫米波發(fā)生 器，其特征在于有源光纖(21)和(22)選用摻鉺、或摻鐿、或摻鈥、或鐿 鉺共摻、或摻釷、或摻鐠、或摻釹光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利1所述的線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光器實(shí)現(xiàn)雙路微波、毫米波發(fā)生 器，其特征在于有源光纖(21)和(22)或?yàn)楸Ｆ饫w。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用線型腔雙波長(zhǎng)光纖激光產(chǎn)生微波、毫米波發(fā)的裝置，該裝置選擇有源光纖(21)和(22)，中間接入保偏光纖光柵(11)；另兩端分別接入寬帶光纖光柵(12)(13)，寬帶光纖光柵的反射譜互相隔開，或有較弱的重疊部分。利用耦合器把泵浦光(31)和(32)耦合進(jìn)有源光纖中。兩個(gè)寬帶光柵反射峰分別對(duì)準(zhǔn)保偏光纖光柵的一個(gè)反射峰，每個(gè)寬帶光柵只與保偏光纖光柵的一個(gè)偏振態(tài)的反射峰構(gòu)成諧振腔，產(chǎn)生單偏振雙波長(zhǎng)激光。雙波長(zhǎng)激光輸入光電探測(cè)器(51)和(52)，在光電探測(cè)器內(nèi)差頻產(chǎn)生兩路微波或者毫米波。
文檔編號(hào)H01S1/00GK101188342SQ200710176999
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者史嫄嫄, 寧提綱, 帆 張, 毅 戴, 王春燦, 治 童, 蕊 耿, 麗 裴, 譚中偉, 乂 阮 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)