基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置，所述四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置包括：激光源、偏振調(diào)制器、3dB光耦合器、光電振蕩環(huán)路和上支路，其中：激光源用于輸出穩(wěn)定的光載波；偏振調(diào)制器用于基于光載波和微波調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生正交偏振的光載波與光邊帶；3dB光耦合器用于將接收到的光信號(hào)分成兩路輸出，一路輸出給光電振蕩環(huán)路產(chǎn)生一倍頻的電信號(hào)；一路輸出給上支路產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。本發(fā)明裝置利用光偏振調(diào)制器產(chǎn)生偏振態(tài)垂直的載波與相鄰的光邊帶，通過有效的調(diào)節(jié)偏振控制器與起偏器，濾除奇數(shù)階邊帶，并且通過改變光放大器的放大倍數(shù)，改變光電振蕩器的環(huán)內(nèi)增益，實(shí)現(xiàn)載波抑制調(diào)制，從而產(chǎn)生穩(wěn)定、低噪聲的四倍頻微波信號(hào)。
【專利說明】基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波光子學(xué)領(lǐng)域，更具體的說是一種光生微波技術(shù)，尤其是一種基于光電振蕩器產(chǎn)生高頻微波信號(hào)的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]高質(zhì)量的微波信號(hào)主要體現(xiàn)為高頻譜純度、高射頻穩(wěn)定性和低相位噪聲，其在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其中包括雷達(dá)系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)以及電子對(duì)抗系統(tǒng)。由于電子瓶頸的限制，基于電子系統(tǒng)直接產(chǎn)生高頻微波或者毫米波是一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的高頻微波信號(hào)產(chǎn)生是基于低頻的標(biāo)準(zhǔn)振蕩系統(tǒng)經(jīng)過多次倍頻獲得，然而多次倍頻會(huì)惡化信號(hào)的相位噪聲，并且該方法產(chǎn)生的微波信號(hào)的頻率調(diào)諧性很差。為了克服電子系統(tǒng)產(chǎn)生微波信號(hào)的缺陷，同時(shí)，由于對(duì)高頻譜純度和低相位噪聲的微波信號(hào)強(qiáng)烈需求，光生微波技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]基于光生微波技術(shù)產(chǎn)生高頻微波信號(hào)克服了傳統(tǒng)微波系統(tǒng)在處理速度和傳輸帶寬等方面的嚴(yán)重電子瓶頸，并且產(chǎn)生的微波信號(hào)的頻譜純度高、相位噪聲低以及具有靈活的可調(diào)諧能力，充分利用了光子技術(shù)的先天優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，光生微波系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的微波系統(tǒng)具有損耗低、重量輕、帶寬大、速度快、抗電磁干擾和頻率響應(yīng)平坦等諸多優(yōu)點(diǎn)。此外，基于光電振蕩器產(chǎn)生微波信號(hào)的系統(tǒng)可以與全光網(wǎng)絡(luò)以及與光載射頻兼容。
[0004]但是光生微波信號(hào)系統(tǒng)需要大功率的微波源信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)，這將會(huì)大大增加系統(tǒng)的功耗與體積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置，本發(fā)明不需要外部微波源，基于光電振蕩理論產(chǎn)生穩(wěn)定的微波信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)四倍頻的高頻微波信號(hào)輸出。
[0006]本發(fā)明提出了一種基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置，所述四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置包括:激光源1、偏振調(diào)制器2、3dB光耦合器3、光電振蕩環(huán)路和上支路，其中:
[0007]所述激光源I用于輸出穩(wěn)定的光載波給偏振調(diào)制器2 ；
[0008]所述偏振調(diào)制器2用于基于所述激光源I產(chǎn)生的光載波和微波調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生正交偏振的光載波與光邊帶，并將得到的光信號(hào)發(fā)送給3dB光耦合器3 ；
[0009]所述3dB光I禹合器3用于將接收到的光信號(hào)分成兩路輸出，一路輸出給光電振蕩環(huán)路，用于產(chǎn)生一倍頻的電信號(hào)；一路輸出給上支路，用于產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。
[0010]其中，所述激光源I為半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。
[0011]其中，所述偏振調(diào)制器2由高非線性光纖以及非線性半導(dǎo)體光放大器替代。
[0012]其中，所述光電振蕩環(huán)路由偏振控制器4、起偏器5、可調(diào)諧光放大器6、光電探測(cè)器7、電放大器8和電帶通濾波器9組成的環(huán)路形成，用于產(chǎn)生微波調(diào)制信號(hào)輸出給所述偏振調(diào)制器2。
[0013]其中，所述偏振控制器4用于控制光電振蕩環(huán)路內(nèi)輸入光的偏振態(tài)，與所述起偏器5聯(lián)合改變光電振蕩環(huán)路中光信號(hào)的光功率；所述起偏器5用于將偏振控制器4輸出的光信號(hào)投影到一個(gè)偏振態(tài)輸出；所述可調(diào)諧光放大器6用于可調(diào)諧的控制光電振蕩環(huán)路中光信號(hào)的功率；所述光電探測(cè)器7用于將可調(diào)諧光放大器6輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給電放大器8 ;所述電放大器8用于將輸入電信號(hào)進(jìn)行放大輸出；所述電帶通濾波器9用于對(duì)于電放大器8輸出的電信號(hào)進(jìn)行過濾，得到需要頻段的微波信號(hào)，并將其輸出給偏振調(diào)制器2 ο
[0014]其中，所述電帶通濾波器9由相移光纖布拉格光柵代替。
[0015]其中，所述微波調(diào)制信號(hào)的大小由所述電帶通濾波器9的帶寬決定。
[0016]其中，所述上支路由偏振控制器10、起偏器11、光帶通濾波器12和光電探測(cè)器13構(gòu)成，用于產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。
[0017]其中，所述偏振控制器10用于控制上支路的光偏振態(tài)，以使光信號(hào)的奇數(shù)階光邊帶的偏振態(tài)與起偏器11的偏振方向垂直輸入；所述起偏器11用于將偏振控制器10輸出的光信號(hào)投影到一個(gè)偏振態(tài)輸出，濾除奇數(shù)階光邊帶，輸出偶數(shù)階光邊帶；所述光帶通濾波器12用于將偶數(shù)階邊帶中的3階邊帶及以上的光邊帶濾除，輸出正負(fù)二階邊帶；所述光電探測(cè)器13用于將光帶通濾波器12輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到四倍頻微波信號(hào)。
[0018]本發(fā)明提出的基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置，利用光偏振調(diào)制器產(chǎn)生偏振態(tài)垂直的載波與相鄰的光邊帶，通過有效的調(diào)節(jié)偏振控制器與起偏器，濾除奇數(shù)階邊帶，并且通過改變光放大器的放大倍數(shù)，改變光電振蕩器的環(huán)內(nèi)增益，實(shí)現(xiàn)載波抑制調(diào)制，從而產(chǎn)生穩(wěn)定、低噪聲的四倍頻微波信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是利用本發(fā)明裝置產(chǎn)生的四倍頻微波信號(hào)的光譜偏振態(tài)示意圖；
[0021]圖3是裝置本發(fā)明裝置產(chǎn)生的四倍頻信號(hào)微波信號(hào)的頻譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]圖1示出了本發(fā)明基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置包括:激光源1、偏振調(diào)制器2、3dB光耦合器
3、光電振蕩環(huán)路和上支路，其中:
[0024]所述激光源I用于輸出穩(wěn)定的光載波給偏振調(diào)制器2 ；
[0025]其中，所述激光源I可以為半導(dǎo)體激光器或光纖激光器等激光源。
[0026]所述偏振調(diào)制器2用于基于所述激光源I產(chǎn)生的光載波和微波調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生正交偏振的光載波與光邊帶，并將得到的光信號(hào)發(fā)送給3dB光耦合器3 ；
[0027]其中，所述微波調(diào)制信號(hào)由光電振蕩器環(huán)路中震蕩產(chǎn)生，所述微波調(diào)制信號(hào)的大小由光電振蕩器環(huán)路中電帶通濾波器9的帶寬決定。
[0028]其中，所述偏振調(diào)制器2可以由高非線性光纖以及非線性半導(dǎo)體光放大器替代。
[0029]所述3dB光I禹合器3用于將接收到的光信號(hào)分成兩路輸出，一路輸出給光電振蕩環(huán)路，用于產(chǎn)生一倍頻的電信號(hào)；一路輸出給上支路，用于產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。
[0030]其中，所述光電振蕩環(huán)路由偏振控制器4、起偏器5、可調(diào)諧光放大器6、光電探測(cè)器7、電放大器8和電帶通濾波器9組成的環(huán)路形成，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的微波調(diào)制信號(hào)輸出給所述偏振調(diào)制器2，其中:
[0031]所述偏振控制器4用于控制光電振蕩環(huán)路內(nèi)輸入光的偏振態(tài)，通過與起偏器5的聯(lián)合作用，改變光電振蕩環(huán)路中光信號(hào)的光功率；
[0032]所述起偏器5用于將偏振控制器4輸出的光信號(hào)投影到一個(gè)偏振態(tài)輸出；
[0033]所述可調(diào)諧光放大器6用于可調(diào)諧的控制光電振蕩環(huán)路中光信號(hào)的功率，進(jìn)一步改變光電振蕩器環(huán)路產(chǎn)生的電信號(hào)的功率，從而實(shí)現(xiàn)偏振調(diào)制器4的大信號(hào)調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)載波抑制；
[0034]所述光電探測(cè)器7用于將可調(diào)諧光放大器6輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給電放大器8 ；
[0035]所述電放大器8用于將輸入電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大輸出，用于滿足環(huán)內(nèi)增益；所述電帶通濾波器9用于對(duì)于電放大器8輸出的電信號(hào)進(jìn)行過濾，得到想要頻段的微波信號(hào)，并將其輸出給偏振調(diào)制器2作為微波調(diào)制信號(hào)，所得到的微波調(diào)制信號(hào)在光電振蕩環(huán)路中濾出電噪聲，經(jīng)過多次循環(huán)振蕩放大，產(chǎn)生低相位噪聲的微波信號(hào)。
[0036]其中，所述電帶通濾波器9可以由相移光纖布拉格光柵代替。
[0037]所述上支路由偏振控制器10、起偏器11、光帶通濾波器12和光電探測(cè)器13構(gòu)成，用于產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)，其中:
[0038]所述偏振控制器10用于控制上支路的光偏振態(tài)，通過調(diào)節(jié)偏振控制器10的偏振態(tài)使得光信號(hào)的奇數(shù)階光邊帶的偏振態(tài)與起偏器11的偏振方向垂直輸入；
[0039]所述起偏器11用于將偏振控制器10輸出的光信號(hào)投影到一個(gè)偏振態(tài)輸出，實(shí)現(xiàn)偶數(shù)階光邊帶輸出，其中，奇數(shù)階光邊帶被濾除；
[0040]其中，所述偏振控制器10和起偏器11聯(lián)合起來實(shí)現(xiàn)光信號(hào)奇數(shù)階邊帶的輸出抑制。
[0041]所述光帶通濾波器12用于將偶數(shù)階邊帶中的3階邊帶及以上的光邊帶濾除，即將不需要的光邊帶濾除；
[0042]通過調(diào)節(jié)所述光帶通濾波器12的帶寬，可以濾得正負(fù)二階邊帶，從而產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。
[0043]所述光電探測(cè)器13用于將光帶通濾波器12輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)四倍頻微波信號(hào)。
[0044]本發(fā)明提出的上述技術(shù)方案能夠產(chǎn)生四倍頻穩(wěn)定的微波信號(hào)，穩(wěn)定必然要求產(chǎn)生的微波信號(hào)的相位噪聲低，本技術(shù)方案基于光電振蕩器產(chǎn)生微波信號(hào)，使得相位噪聲大大降低，僅通過單個(gè)偏振調(diào)制器就可產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，功耗降低。
[0045]圖2示出了利用本發(fā)明裝置產(chǎn)生的四倍頻微波信號(hào)的光譜偏振態(tài)示意圖，從圖2中可以看出，通過偏振調(diào)制器后，能夠?qū)崿F(xiàn)載波邊帶偏振態(tài)垂直，通過這一性質(zhì)，通過調(diào)節(jié)偏振控制器，經(jīng)過在線起偏器，可以實(shí)現(xiàn)奇數(shù)階邊帶濾除；在大信號(hào)調(diào)制下，能夠?qū)崿F(xiàn)載波抑制調(diào)制，從而得到四倍頻微波信號(hào)。
[0046]圖3示出了利用本發(fā)明裝置產(chǎn)生的四倍頻微波信號(hào)的頻譜圖。
[0047]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光電振蕩器的四倍頻微波信號(hào)產(chǎn)生裝置，其特征在于，該裝置包括:激光源(I)、偏振調(diào)制器(2)、3dB光耦合器(3)、光電振蕩環(huán)路和上支路，其中: 所述激光源(I)用于輸出穩(wěn)定的光載波給偏振調(diào)制器(2); 所述偏振調(diào)制器(2)用于基于所述激光源(I)產(chǎn)生的光載波和微波調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生正交偏振的光載波與光邊帶，并將得到的光信號(hào)發(fā)送給3dB光耦合器(3)； 所述3dB光f禹合器(3)用于將接收到的光信號(hào)分成兩路輸出，一路輸出給光電振蕩環(huán)路，用于產(chǎn)生一倍頻的電信號(hào)；一路輸出給上支路，用于產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光源(I)為半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述偏振調(diào)制器(2)由高非線性光纖以及非線性半導(dǎo)體光放大器替代。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光電振蕩環(huán)路由偏振控制器(4)、起偏器(5)、可調(diào)諧光放大器(6)、光電探測(cè)器(7)、電放大器(8)和電帶通濾波器(9)組成的環(huán)路形成，用于產(chǎn)生微波調(diào)制信號(hào)輸出給所述偏振調(diào)制器(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于， 所述偏振控制器(4)用于控制光電振蕩環(huán)路內(nèi)輸入光的偏振態(tài)，與所述起偏器(5)聯(lián)合改變光電振蕩環(huán)路中光信號(hào)的光功率； 所述起偏器(5)用于將偏振控制器(4)輸出的光信號(hào)投影到一個(gè)偏振態(tài)輸出； 所述可調(diào)諧光放大器(6)用于可調(diào)諧的控制光電振蕩環(huán)路中光信號(hào)的功率； 所述光電探測(cè)器(X)用于將可調(diào)諧光放大器(6)輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出給電放大器⑶； 所述電放大器(8)用于將輸入電信號(hào)進(jìn)行放大輸出； 所述電帶通濾波器(9)用于對(duì)于電放大器(8)輸出的電信號(hào)進(jìn)行過濾，得到需要頻段的微波信號(hào)，并將其輸出給偏振調(diào)制器(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述電帶通濾波器(9)由相移光纖布拉格光柵代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述微波調(diào)制信號(hào)的大小由所述電帶通濾波器(9)的帶寬決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上支路由偏振控制器(10)、起偏器(11)、光帶通濾波器(12)和光電探測(cè)器(13)構(gòu)成，用于產(chǎn)生四倍頻微波信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于， 所述偏振控制器(10)用于控制上支路的光偏振態(tài)，以使光信號(hào)的奇數(shù)階光邊帶的偏振態(tài)與起偏器(11)的偏振方向垂直輸入； 所述起偏器(11)用于將偏振控制器(10)輸出的光信號(hào)投影到一個(gè)偏振態(tài)輸出，濾除奇數(shù)階光邊帶，輸出偶數(shù)階光邊帶； 所述光帶通濾波器(12)用于將偶數(shù)階邊帶中的3階邊帶及以上的光邊帶濾除，輸出正負(fù)二階邊帶； 所述光電探測(cè)器(13)用于將光帶通濾波器(12)輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到四倍頻微波信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H01S1/02GK104051935SQ201410293518
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】李偉, 孫文惠, 王文亭, 劉建國(guó), 祝寧華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所