專利名稱：一種基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率寬帶可調(diào)的高質(zhì)量微波信號(hào)發(fā)生裝置，尤其涉及一種基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的高質(zhì)量微波信號(hào)源一般采用了聲儲(chǔ)能元件(例如石英晶體)或者微波儲(chǔ)能元件(例如介質(zhì)腔)構(gòu)成諧振腔。但是這些儲(chǔ)能元件只在低頻段擁有幾個(gè)高Q的諧振點(diǎn)，高頻的微波信號(hào)需要通過倍頻的方法產(chǎn)生，但倍頻會(huì)帶來信號(hào)相噪性能的顯著下降。1996年， X. Steve Yao和Lute Maleki首次提出了光電振蕩器，光電振蕩器利用高Q值的光電諧振腔儲(chǔ)存微波的能量，能夠產(chǎn)生高頻譜純度，低相位噪聲的微波、毫米波信號(hào)，并且光電振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)的相位噪聲與頻率無關(guān)，不會(huì)隨著頻率的提高而下降。因此，光電振蕩器可廣泛應(yīng)用于需要低噪聲高頻信號(hào)源的領(lǐng)域。光電振蕩器一般由一個(gè)激光源和一個(gè)光電反饋回路組成，光電反饋回路包含調(diào)制器，長距離光纖，高速光電探測(cè)器，微波放大器，微波濾波器，微波耦合器等光電子器件。光纖長度越長，光電反饋回路的儲(chǔ)能時(shí)間就越長，信號(hào)的相位噪聲就會(huì)越小，與此同時(shí)，光電振蕩器的模式間隔會(huì)減小，因此需要高Q值的微波濾波器來保證光電振蕩器的單模振蕩。 頻率可調(diào)性是微波信號(hào)源的一個(gè)重要特性，但由于很難生產(chǎn)高Q值寬帶可調(diào)的微波濾波器，傳統(tǒng)的光電振蕩器的頻率調(diào)節(jié)范圍局限于幾十MHz。隨著光子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)界制作出透射帶寬極小的Fabry-Perot濾波器、Whispering-gallery-mode (WGM)諧振腔、相移光纖光柵等光子選頻器件。這些光子選頻器件可以用來代替高Q值的微波濾波器，為光電振蕩器的寬帶可調(diào)諧提供了基礎(chǔ)。2010年，A. A. Mvchenkov等人提出了一種基于電壓控制帶有WGM諧振腔的寬帶可調(diào)光電振蕩器，在保證微波信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，極大地提高了光電振蕩器的頻率可調(diào)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)光電振蕩器頻率調(diào)節(jié)范圍不足的缺點(diǎn)，提供一種基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)的光電振蕩器?；诩す獠ㄩL調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器中的波長可調(diào)激光器、偏振控制器、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器、窄帶相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器通過光纖順次相連；高速光電探測(cè)器、微波高通濾波器、微波放大器、微波相移器、微波耦合器、微波3dB正交耦合器、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器的射頻輸入口通過微波同軸線順次相連，雙臂馬赫增德爾調(diào)制器、窄帶相移光纖光柵、高速光電探測(cè)器、微波高通濾波器、微波放大器、微波相移器、微波耦合器、微波3dB正交耦合器構(gòu)成了一個(gè)閉合光電振蕩環(huán)路；通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器的波長，在微波耦合器的另一輸出口發(fā)生寬帶頻率可調(diào)的高質(zhì)量微波信號(hào)。所述的雙臂馬赫增德爾調(diào)制器具有兩個(gè)射頻電極，能夠被兩路射頻信號(hào)同時(shí)調(diào)制；雙臂馬赫增德爾調(diào)制器工作在單邊帶調(diào)制狀態(tài)。所述的窄帶相移光纖光柵是一種引入了 η弧度相移的布拉格光纖光柵，在寬帶反射譜中擁有一個(gè)帶寬很小的透射峰。所述的微波耦合器的輸出口得到的微波信號(hào)的頻率等于波長可調(diào)激光器輸出的激光頻率和窄帶相移光纖光柵的透射峰頻率之差。所述的光電振蕩環(huán)路具有一個(gè)振蕩模式間隔，通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器的波長，微波耦合器的輸出口得到頻率調(diào)節(jié)步進(jìn)等于振蕩模式間隔的高質(zhì)量低噪聲微波信號(hào)。所述的光電振蕩器的頻率可調(diào)帶寬等于窄帶相移光纖光柵反射帶寬的一半。所述的微波高通濾波器的截止頻率高于窄帶相移光纖光柵反射帶寬的一半。與傳統(tǒng)的光電振蕩器相比，本發(fā)明不需要高Q值的微波濾波器，具有結(jié)構(gòu)緊湊，頻率調(diào)節(jié)速度快，可調(diào)頻域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，可作為實(shí)用的低噪聲寬帶微波信號(hào)源。


圖1是基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是窄帶相移光纖光柵的透射譜以及光電振蕩器頻率調(diào)節(jié)的原理示意圖中波長可調(diào)激光器1、偏振控制器2、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3、窄帶相移光纖光柵 4、高速光電探測(cè)器5、微波高通濾波器6、微波放大器7、微波相移器8、微波耦合器9、微波 3dB正交耦合器10。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖1所示，基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器中的波長可調(diào)激光器1、偏振控制器2、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3、窄帶相移光纖光柵4、高速光電探測(cè)器5通過光纖順次相連；高速光電探測(cè)器5、微波高通濾波器6、微波放大器7、微波相移器8、微波耦合器9、 微波3dB正交耦合器10、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3的射頻輸入口通過微波同軸線順次相連， 雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3、窄帶相移光纖光柵4、高速光電探測(cè)器5、微波高通濾波器6、微波放大器7、微波相移器8、微波耦合器9、微波3dB正交耦合器10構(gòu)成了一個(gè)閉合光電振蕩環(huán)路；通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器1的波長，在微波耦合器9的另一輸出口發(fā)生寬帶頻率可調(diào)的高質(zhì)量微波信號(hào)。所述的雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3具有兩個(gè)射頻電極，能夠被兩路射頻信號(hào)同時(shí)調(diào)制；雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3工作在單邊帶調(diào)制狀態(tài)。所述的窄帶相移光纖光柵4是一種引入了 η弧度相移的布拉格光纖光柵，在寬帶反射譜中擁有一個(gè)帶寬很小的透射峰。所述的微波耦合器9的輸出口得到的微波信號(hào)的頻率等于波長可調(diào)激光器1輸出的激光頻率和窄帶相移光纖光柵4的透射峰頻率之差。所述的光電振蕩環(huán)路具有一個(gè)振蕩模式間隔，通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器1的波長，微波耦合器9的輸出口得到頻率調(diào)節(jié)步進(jìn)等于振蕩模式間隔的高質(zhì)量低噪聲微波信號(hào)。所述的光電振蕩器的頻率可調(diào)帶寬等于窄帶相移光纖光柵 4反射帶寬的一半。所述的微波高通濾波器的截止頻率高于窄帶相移光纖光柵4反射帶寬的一半。本發(fā)明的工作原理如下
雙臂馬赫增德爾調(diào)制器，窄帶相移光纖光柵，高速光電探測(cè)器，微波高通濾波器，微波放大器，微波相移器，微波耦合器，微波3dB正交耦合器構(gòu)成了一個(gè)閉合光電振蕩環(huán)路，波長可調(diào)激光器通過偏振控制器為光電振蕩環(huán)路提供能量。振蕩的微波信號(hào)和激光在雙臂馬赫增德爾調(diào)制器發(fā)生電光調(diào)制，調(diào)制后的光信號(hào)由窄帶相移光纖光柵進(jìn)行選頻，選頻后的光信號(hào)經(jīng)高速光電探測(cè)器轉(zhuǎn)化為微波信號(hào)，此微波信號(hào)經(jīng)高通濾波器，微波放大器，微波相移器的濾波，放大和相移，重新回到雙臂馬赫增德爾調(diào)制器，對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制。在工作于單邊帶調(diào)制模式的雙臂馬赫增德爾調(diào)制器的協(xié)助下，窄帶相移光纖光柵的作用類似于一個(gè)中心頻率與激光波長有關(guān)的高Q值微波光子濾波器，通過精確調(diào)節(jié)激光器的波長，可以快速切換微波光子濾波器的中心頻率，產(chǎn)生頻率可調(diào)的高質(zhì)量微波信號(hào)。假設(shè)窄帶相移光纖光柵4的透射峰頻率為 \,反射帶寬的一半為/κ，波長可調(diào)激光器1的頻率為/；，微波高通濾波器6的截止頻率為/s (/S>/K)，微波信號(hào)的頻率為/；。通過調(diào)節(jié)直流偏置電壓，雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3工作在單邊帶調(diào)制狀態(tài)，其中的一個(gè)光學(xué)一階邊帶被抑制。整個(gè)光電振蕩環(huán)路的長度為Z，有效折射率為n0，振蕩模式間隔/m。d=c/ (A0XL)，/m。d可以通過調(diào)節(jié)微波相移器8得到微調(diào)。如附圖2所示，波長可調(diào)激光器1的頻率位于窄帶相移光纖光柵4的右邊通帶， 即f〉f禮；通過調(diào)節(jié)雙臂馬赫增德爾調(diào)制器3的直流偏置電壓，光學(xué)一階上邊帶Α+/；被抑制。如果調(diào)制信號(hào)頻率/；</；，微波信號(hào)就會(huì)被高通濾波器濾除；如果/m興A Λ，未被抑制的光學(xué)一階下邊帶fQ Zffl會(huì)被窄帶相移光纖光柵4反射，高速光電探測(cè)器5將探測(cè)不到調(diào)制的微波信號(hào)；因此，只有它的頻率滿足/〉/；=/； \,微波信號(hào)才能獲得足夠的環(huán)路增益。除了滿足振蕩的增益條件，振蕩信號(hào)還需要滿足光電振蕩器的相位條件，即 /"。s。4x/;。d，A是一個(gè)正整數(shù)。為了同時(shí)達(dá)到振蕩的兩個(gè)必要條件，振蕩信號(hào)的頻率要滿足 /。sc>/s=/。 Z1=^XZmod, k 為正整數(shù)。窄帶相移光纖光柵4的透射峰決定了微波振蕩信號(hào)的光學(xué)一階下邊帶的頻率，實(shí)際上起到了高Q值單通道微波濾波器的作用。窄帶相移光纖光柵的透射峰帶寬越小，微波振蕩信號(hào)的頻譜純度越高，相位噪聲也越小。窄帶相移光纖光柵4的反射譜帶寬限制了微波振蕩信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)范圍。最低的振蕩頻率/min要高于fs,最高的振蕩頻率要低于/S+/K。一旦激光器頻率高于
(振蕩頻率高于/S+/K)，頻率在/s和/S+/K之間的微波信號(hào)的光學(xué)一階下單邊帶將從窄帶相移光纖光柵4的通帶透過，從而使得光電振蕩器無法產(chǎn)生單模振蕩的高質(zhì)量微波信號(hào)。因此，微波振蕩信號(hào)的可調(diào)頻率范圍為 /S+/K。在不使用微波相移器的情形下，以模式間隔/m。d的整數(shù)倍步進(jìn)精確調(diào)節(jié)激光器的頻率/ο，就可以迅速改變光電振蕩器的振蕩頻率，從一個(gè)振蕩模式切換到另一個(gè)振蕩模式。 振蕩頻率的最小調(diào)節(jié)步進(jìn)等于振蕩模式間隔/m。d。不同于快速切換振蕩模式的方法，如果同時(shí)精細(xì)調(diào)節(jié)激光器的波長和微波相移器的相移，就可以連續(xù)調(diào)節(jié)本發(fā)明中光電振蕩器的頻率，調(diào)節(jié)精度將不再局限于振蕩模式間
權(quán)利要求
1.一種基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于波長可調(diào)激光器 (1)、偏振控制器(2)、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器(3)、窄帶相移光纖光柵(4)、高速光電探測(cè)器 (5)通過光纖順次相連；高速光電探測(cè)器(5)、微波高通濾波器(6)、微波放大器(7)、微波相移器(8)、微波耦合器(9)、微波3dB正交耦合器(10)、雙臂馬赫增德爾調(diào)制器(3)的射頻輸入口通過微波同軸線順次相連，雙臂馬赫增德爾調(diào)制器(3)、窄帶相移光纖光柵(4)、高速光電探測(cè)器(5)、微波高通濾波器(6)、微波放大器(7)、微波相移器(8)、微波耦合器(9)、微波3dB正交耦合器(10)構(gòu)成了一個(gè)閉合光電振蕩環(huán)路；通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器(1)的波長，在微波耦合器(9)的另一輸出口發(fā)生寬帶頻率可調(diào)的高質(zhì)量微波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于所述的雙臂馬赫增德爾調(diào)制器(3)具有兩個(gè)射頻電極，能夠被兩路射頻信號(hào)同時(shí)調(diào)制； 雙臂馬赫增德爾調(diào)制器(3)工作在單邊帶調(diào)制狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于所述的窄帶相移光纖光柵(4)是一種引入了 π弧度相移的布拉格光纖光柵，在寬帶反射譜中擁有一個(gè)帶寬很小的透射峰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于所述的微波耦合器(9)的輸出口得到的微波信號(hào)的頻率等于波長可調(diào)激光器(1)輸出的激光頻率和窄帶相移光纖光柵(4)的透射峰頻率之差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于所述的光電振蕩環(huán)路具有一個(gè)振蕩模式間隔，通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器(1)的波長，微波耦合器(9)的輸出口得到頻率調(diào)節(jié)步進(jìn)等于振蕩模式間隔的高質(zhì)量低噪聲微波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于所述的光電振蕩器的頻率可調(diào)帶寬等于窄帶相移光纖光柵(4)反射帶寬的一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器，其特征在于所述的微波高通濾波器的截止頻率高于窄帶相移光纖光柵(4)反射帶寬的一半。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光波長調(diào)節(jié)的頻率寬帶可調(diào)光電振蕩器。波長可調(diào)激光器，偏振控制器，雙臂馬赫增德爾調(diào)制器，窄帶相移光纖光柵，高速光電探測(cè)器通過光纖順次相連；高速光電探測(cè)器，微波高通濾波器，微波放大器，微波相移器，微波耦合器，微波3dB正交耦合器，雙臂馬赫增德爾調(diào)制器的射頻輸入口通過微波同軸線順次相連。雙臂馬赫增德爾調(diào)制器，窄帶相移光纖光柵，高速光電探測(cè)器，微波高通濾波器，微波放大器，微波相移器，微波耦合器，微波3dB正交耦合器構(gòu)成了一個(gè)閉合光電振蕩環(huán)路；通過調(diào)節(jié)波長可調(diào)激光器的波長，在微波耦合器的另一輸出口發(fā)生寬帶頻率可調(diào)的高質(zhì)量微波信號(hào)。該光電振蕩器具有結(jié)構(gòu)緊湊，頻率調(diào)節(jié)速度快，可調(diào)頻域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S1/02GK102368582SQ20111028289
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者楊波, 池灝, 章獻(xiàn)民, 鄭史烈, 金曉峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)