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
技術領域：
本發(fā)明涉及微波/毫米波信號發(fā)生的微波光子領域和光通信領域，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：
高質量的微波信號源在現(xiàn)代雷達，無線通信，軟件無線電，測試與測量等領域有著廣泛的應用。在傳統(tǒng)的射頻/微波信號產生方法中，有通過頻率合成器對低頻信號進行倍頻產生幾吉赫茲到幾百吉赫茲信號；也有用電子振蕩器，如常用的晶體振蕩器，但產生的信號頻率較低；還有通過兩個單模激光源輸出信號進行混頻得到微波信號等。這些方法產生的微波信號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。光電振蕩器是一種利用光電器件將連續(xù)光能量轉換為周期性變換的射頻微波信號裝置。它解決了傳統(tǒng)產生射頻信號方法中不可避免的眾多不足，具有高效率、高速度、信號穩(wěn)定度高和頻譜純度高等優(yōu)點，在產生高頻微波/毫米波信號方面具有不可比擬的優(yōu)勢。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
于長光纖構造一個高Q值光學諧振腔的光電振蕩器，其產生信號Q值可達IO6。
在隨后的研究中，又不斷產生新的光電振蕩器結構，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標準具的光電振蕩器，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光纖保證信號的高Q值，但同時會導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高Q值窄帶微波濾波器進行濾波，保證微波輸出端能夠得到一個穩(wěn)定理想的單模信號。而基于Fabry-Perot標準具和基于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，同時能保證信號的高Q值，省去傳統(tǒng)光電振蕩器結構中長光纖和窄帶微波濾波器的需要，使結構變得非常簡單、緊湊化。本發(fā)明中基于窄帶雙峰相移光纖光柵的結構也是通過雙峰光纖光柵起到一個高Q值光濾波器作用，從而實現(xiàn)穩(wěn)定單頻低相位噪聲信號輸出。光電振蕩器以其能夠產生高品質微波信號的優(yōu)異性能，被用在眾多領域中，包括光子壓控振蕩器，高頻再生和分布，高增益頻率倍增，頻率梳和脈沖信號發(fā)生，載波恢復以及時鐘恢復等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)光電振蕩器結構體積龐大、不易集成的缺點，提供一種結構簡單、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)明解決其技術問題所采用的方案是
基于窄帶雙峰相移光纖光柵的光電振蕩器包括波長可調諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測器、微波放大器、微波耦合器；波長可調諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測器通過光纖順次相連；高速光電探測器、微波放大器、微波耦合器、單臂馬赫曾德爾調制器的射頻輸入端通過微波同軸線順次相連，微波耦合器一個輸出端口是微波信號輸出端；其中，單臂馬赫曾德爾調制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測器、微波放大器、微波稱合器構成了一個穩(wěn)定閉合光電振蕩回路；通過調節(jié)波長可調諧激光器的波長，在光電回路里信號穩(wěn)定振蕩后，回路里的光波長自鎖定在雙峰窄帶相移光纖光柵的兩個透射峰中心處，經過高速光電探測器拍頻，在微波耦合器的一個輸出端口產生單頻穩(wěn)定的微波信號，信號頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的雙峰中心波長間隔決定?；谡瓗щp峰相移光纖光柵的光電振蕩方法由可調諧激光器發(fā)出的單頻光信號作為光載波，經過偏振控制器注入到單臂馬赫曾德爾調制器的輸入端，單臂馬赫曾德爾調制器將微波稱合器一個輸出端口注入的微波信號調制在光載波上，同時產生多個光邊帶；再經過摻鉺光纖放大器對光信號進行放大，補償了單臂馬赫曾德爾調制器的插入損耗并預補 償窄帶雙峰相移光纖光柵的插入損耗；放大后的信號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窄帶透射峰從光路中選擇出兩個模式，繼續(xù)傳輸?shù)礁咚俟怆娞綔y器中，經過光電轉換，產生一個單頻微波信號，經過微波放大器放大，由微波耦合器的一個輸出端口反饋回單臂馬赫曾德爾調制器的射頻輸入端，完成了一個閉合的光電振蕩回路；產生的微波信號頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的兩個透射峰中心波長間隔決定，微波信號由微波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，是在光纖光柵中對稱插入兩段π相移能產生雙窄帶透射峰的光纖光柵，光纖光柵的兩個窄帶透射峰帶寬為幾十兆赫茲，在眾多的光振蕩模式中，只有兩個單一模式被兩個相移光纖光柵的透射峰濾出，經過高速光電探測器拍頻產生的單頻微波信號，信號Q值以及信號頻譜純度性能大大提高；起到傳統(tǒng)光電振蕩器中長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，不需要長光纖，具有結構簡單、緊湊、易集成等優(yōu)點，是一個穩(wěn)定實用的微波信號源。


圖I是基于窄帶雙峰相移光纖光柵光電振蕩器結構意圖2(a)是馬赫曾德爾調制器將輸入的微波信號調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)是光信號經過窄帶雙峰相移光纖光柵濾波后的光譜圖。圖中波長可調諧激光器I、偏振控制器2、單臂馬赫曾德爾調制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測器6、微波放大器7、微波稱合器8。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點比較清楚明白，以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。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可調諧激光器I、偏振控制器2、單臂馬赫曾德爾調制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測器6、微波放大器7、微波耦合器8 ;波長可調諧激光器I、偏振控制器2、單臂馬赫曾德爾調制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測器6通過光纖順次相連；高速光電探測器6、微波放大器7、微波耦合器8、單臂馬赫曾德爾調制器3的射頻輸入端通過微波同軸線順次相連，微波耦合器一個輸出端口 9是微波信號輸出端；其中，單臂馬赫曾德爾調制器3、摻鉺光纖放大器4、窄帶雙峰相移光纖光柵5、高速光電探測器6、微波放大器7、微波耦合器8構成了一個穩(wěn)定閉合光電振蕩回路；通過調節(jié)波長可調諧激光器I的波長，在光電回路里信號穩(wěn)定振蕩后，回路里的光波長自鎖定在雙峰窄帶相移光纖光柵的兩個透射峰中心處，經過高速光電探測器拍頻，在微波耦合器8的一個輸出端口 9產生單頻穩(wěn)定的微波信號，信號頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的雙峰中心波長間隔決定?；谡瓗щp峰相移光纖光柵的光電振蕩方法由可調諧激光器I發(fā)出的單頻光信號作為光載波，經過偏振控制器2注入到單臂馬赫曾德爾調制器3的輸入端，單臂馬赫曾德爾調制器3將微波稱合器8 一個輸出端口注入的微波信號調制在光載波上，同時產生多個光邊帶；再經過摻鉺光纖放大器4對光信號進行放大，補償了單臂馬赫曾德爾調制器3的插入損耗并預補償窄帶雙峰相移光纖光柵5的插入損耗；放大后的信號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窄帶透射峰從光路中選擇出兩個模式，繼續(xù)傳輸?shù)礁咚俟怆娞綔y器6中，經過光電轉換，產生一個單頻微波信號，經過微波放大器7放大，由微波耦合器的一個輸出端口反饋回單臂馬赫曾德爾調制器3的射頻輸入端，完成了一個閉合的光電振蕩回路；產生的微波信號頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵5的兩個透射峰中心波長間隔決定，微波信號由微波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，是在光纖光柵中對稱插入兩段π相移能產生雙窄帶透射峰的光纖光柵，光纖光柵的兩個窄帶透射峰帶寬為幾十兆赫茲，在眾多的光振蕩模式中，只有兩個單一模式被兩個相移光纖光柵的透射峰濾出，經過高速光電探測器6拍頻產生的單頻微波信號，信號Q值以及信號頻譜純度性能大大提高；起到傳統(tǒng)光電振蕩器中長光纖和窄帶高通微波濾波器的雙重作用。光電振蕩回路中，在馬赫曾德爾調制器輸出端產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，通過反饋電路將可調激光器的波
長鎖定在窄帶雙峰相移光纖光柵的一個透射峰中L· I處，另一個窄帶透射峰濾出眾多邊帶
中的一個邊帶* +M,濾出兩個穩(wěn)定振蕩光模式,如圖2 (c)所示，經高速光電探測器拍頻產生單頻穩(wěn)定低噪聲的微波信號，其頻率為) (c為光速，LX為相移光柵的兩個透射峰間距，η為相移光柵的折射率，Λ為可調激光器的中心波長)。
權利要求
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可調諧激光器(I)、偏振控制器(2)、單臂馬赫曾德爾調制器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、窄帶雙峰相移光纖光柵(5 )、高速光電探測器(6 )、微波放大器(7 )、微波耦合器(8 );波長可調諧激光器(I)、偏振控制器(2)、單臂馬赫曾德爾調制器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、窄帶雙峰相移光纖光柵(5)、高速光電探測器(6)通過光纖順次相連；高速光電探測器(6)、微波放大器(7)、微波耦合器(8)、單臂馬赫曾德爾調制器(3)的射頻輸入端通過微波同軸線順次相連，微波耦合器一個輸出端口(9)是微波信號輸出端；其中，單臂馬赫曾德爾調制器(3)、摻鉺光纖放大器(4)、窄帶雙峰相移光纖光柵(5)、高速光電探測器(6)、微波放大器(7)、微波稱合器(8)構成了一個穩(wěn)定閉合光電振蕩回路；通過調節(jié)波長可調諧激光器(I)的波長，在光電回路里信號穩(wěn)定振蕩后，回路里的光波長自鎖定在雙峰窄帶相移光纖光柵的兩個透射峰中心處，經過高速光電探測器拍頻，在微波耦合器(8)的一個輸出端口(9)產生單頻穩(wěn)定的微波信號，信號頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵的雙峰中心波長間隔決定。
2.—種使用如權利要求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，其特征在于由可調諧激光器(I)發(fā)出的單頻光信號作為光載波，經過偏振控制器(2)注入到單臂馬赫曾德爾調制器(3)的輸入端，單臂馬赫曾德爾調制器(3)將微波耦合器(8)—個輸出端口注入的微波信號調制在光載波上，同時產生多個光邊帶；再經過摻鉺光纖放大器(4)對光信號進行放大，補償了單臂馬赫曾德爾調制器(3)的插入損耗并預補償窄帶雙峰相移光纖光柵(5)的插入損耗；放大后的信號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窄帶透射峰從光路中選擇出兩個模式，繼續(xù)傳輸?shù)礁咚俟怆娞綔y器(6)中，經過光電轉換，產生一個單頻微波信號，經過微波放大器(7)放大，由微波耦合器的一個輸出端口反饋回單臂馬赫曾德爾調制器(3)的射頻輸入端，完成了一個閉合的光電振蕩回路；產生的微波信號頻率由窄帶雙峰相移光纖光柵(5)的兩個透射峰中心波長間隔決定，微波信號由微波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，是在光纖光柵中對稱插入兩段η相移能產生雙窄帶透射峰的光纖光柵，光纖光柵的兩個窄帶透射峰帶寬為幾十兆赫茲，在眾多的光振蕩模式中，只有兩個單一模式被兩個相移光纖光柵的透射峰濾出，經過高速光電探測器(6)拍頻產生的單頻微波信號，信號Q值以及信號頻譜純度性能大大提高；起到傳統(tǒng)光電振蕩器中長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。包括波長可調諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測器、微波放大器、微波耦合器；波長可調諧激光器、偏振控制器、單臂馬赫曾德爾調制器、摻鉺光纖放大器、窄帶雙峰相移光纖光柵、高速光電探測器通過光纖順次相連；高速光電探測器、微波放大器、微波耦合器、單臂馬赫曾德爾調制器的射頻輸入端通過微波同軸線順次相連，微波耦合器一個輸出端口是微波信號輸出端。本發(fā)明避免使用了傳統(tǒng)光電振蕩器為提高信號Q值和頻譜純度所必需的長光纖、高Q值高通微波濾波器，具有結構簡單、緊湊、易集成等優(yōu)點。
文檔編號H04B10/50GK102931568SQ20121045622
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權日2012年11月14日
發(fā)明者每媛, 池灝, 鄭史烈, 章獻民, 金曉峰 申請人:浙江大學