本發(fā)明屬于微波光子學，具體涉及一種克爾孤子晶體光電振蕩器。

背景技術：

1、隨著分布式相參雷達、寬度無線通信、微波精密測量等現(xiàn)代電子系統(tǒng)的空前發(fā)展，研究可控、可調(diào)諧的微波孤子頻率梳源成為了極具應用需求導向的技術問題。光電振蕩器由于其極低的相位噪聲優(yōu)勢，在新一代雷達、通信、電子對抗等領域具有重要的研究意義。在一個傳統(tǒng)的光電振蕩器中，由于振蕩模式之間的競爭效應引起的隨機的功率和相位關系，很難在環(huán)路內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定的多模振蕩，限制了光電振蕩器在現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)中的應用。最近，通過在光電振蕩器研究中引入傅里葉域鎖模、時域鎖模、光電參量振蕩等鎖模技術，實現(xiàn)振蕩模式間固定的功率和相位關系，產(chǎn)生線性調(diào)頻和微波孤子頻率梳等高質(zhì)量微波信號，提升現(xiàn)代雷達、電子測量等系統(tǒng)的性能。

2、特別是近五年內(nèi)提出的基于光電振蕩器的微波孤子頻率梳信號源，由于其對伊辛計算、分布式雷達等領域的突破式技術支撐，成為了研究熱點。目前，基于光電振蕩器的微波孤子頻率梳信號源的實現(xiàn)方法可以分為被動鎖模光電振蕩器，主動鎖模光電振蕩器和參量振蕩光電振蕩器。然而，從應用需求角度看，當前基于光電振蕩器的微波孤子頻率梳源還存在以下兩點問題：一是頻域上存在的超模噪聲會引起隨機脈沖缺失，超模噪聲完全抑制的純凈微波頻率梳信號尚未存在；二是時域上難以實現(xiàn)對微波孤子的中心頻率和重復頻率的可調(diào)諧。因此，實現(xiàn)可調(diào)諧的純凈微波孤子頻率梳信號源是目前迫切需要解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對背景技術存在的問題，基于光電諧振腔三階非線性效應，首創(chuàng)提出了全新的可調(diào)諧的純凈微波孤子頻率梳信號源——克爾孤子晶體光電振蕩器，突破傳統(tǒng)基于光電振蕩器的微波孤子頻率梳源的兩點技術局限，推動基于微波孤子頻率梳源的現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)發(fā)展。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、一種克爾孤子晶體光電振蕩器，包括激光源、調(diào)制器、光纖、濾波器、探測器、電放大器、電功分器、電耦合器、微波信號源1和微波信號源2；

4、所述激光源輸出光進入調(diào)制器產(chǎn)生調(diào)制光信號后經(jīng)過光纖傳輸；傳輸后的光載波經(jīng)濾波器選擇中心頻率和振蕩模式后在探測器中進行光電轉換，產(chǎn)生微波信號；光電轉換的微波信號通過電放大器放大后進入電功分器；所述電功分器將放大的微波信號分成兩路，一路輸出可重構可調(diào)諧的微波信號，另一路與微波信號源1和微波信號源2通過電耦合器一同反饋到調(diào)制器中閉合光電振蕩環(huán)路。

5、其中，所述微波信號源1和微波信號源2構成模式調(diào)控功能模塊；

6、其中，所述調(diào)制器為相位調(diào)制器、濾波器為光濾波器時，所述激光源、相位調(diào)制器、光纖、光濾波器、探測器和電放大器構成可重構微波光子帶通濾波器，輸出的微波信號的中心頻率等于微波光子帶通濾波器的中心頻率。具體地，當光濾波器為光陷波濾波器時，所述激光源在相位調(diào)制器被反饋信號調(diào)制輸出正負邊帶幅度相等、相位相反的光雙邊帶調(diào)制信號，當光陷波濾波器濾除其中一個邊帶時，落在陷波內(nèi)的微波信號被探測到，完成相位-強度轉換，并形成可重構微波光子帶通濾波器，其中心頻率為激光源輸出光載波的頻率與光陷波濾波器的陷波頻率之差；當光濾波器為光增益濾波器時，所述激光源在相位調(diào)制器被反饋信號調(diào)制輸出正負邊帶幅度相等、相位相反的光雙邊帶調(diào)制信號，當光增益濾波器對其中一個邊帶進行增益時，完成相位-強度轉換，形成可重構微波光子帶通濾波器，其中心頻率為激光源輸出光載波的頻率與光增益濾波器的增益頻率之差。

7、進一步的，可重構微波光子帶通濾波器和模式調(diào)控功能模塊構成本發(fā)明克爾孤子晶體光電振蕩器的可重構模塊，實現(xiàn)三種可重構狀態(tài)，分別為重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器、重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器和重構三狀態(tài)的頻域鎖模完美孤子晶體光電振蕩器；其中，重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器輸出微波孤子頻率梳信號，重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器輸出純凈微波孤子頻率梳信號，重構三狀態(tài)的頻域鎖模完美孤子晶體光電振蕩器輸出線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號。

8、本發(fā)明提出的克爾孤子晶體光電振蕩器的可重構過程為：

9、可重構微波光子帶通濾波器、電功分器和電耦合器構成光電振蕩環(huán)路后，控制微波信號源1和微波信號源2的開關狀態(tài)、工作模式、功率和頻率，包括單頻模式和掃頻模式，以及激光源的工作模式，包括單頻激光源和掃頻激光源兩種工作模式，實現(xiàn)克爾孤子晶體光電振蕩器三種可重構狀態(tài)的切換。

10、其中，實現(xiàn)重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器的過程為：打開激光源使其工作模式為單頻激光源，此時光電振蕩環(huán)路為一個傳統(tǒng)的自由振蕩光電振蕩器，輸出的信號包含頻率接近微波光子帶通濾波器中心頻率的主模ωm(m為正整數(shù)，表示自由振蕩光電振蕩器中第m個振蕩模式)，以及頻率與主模頻率之間相差自由頻譜范圍整數(shù)倍的許多邊模ωm±n(m和n為正整數(shù)，表示自由振蕩光電振蕩器中第m±n個振蕩模式)。然后設置模式調(diào)控功能模塊中只有微波信號源1開啟并使其工作模式為單頻模式。通過調(diào)控微波信號源1的功率，及其頻率與自由振蕩光電振蕩器中第m+i個的邊模頻率ωm+i之間的頻率失諧量(i為非零的整數(shù)，表示自由振蕩光電振蕩器中第m+i個振蕩模式)，實現(xiàn)對第m+i個的邊模的相位及幅度的調(diào)控。當自由振蕩光電振蕩器的主模ωm與被調(diào)控的邊模ωm+i之間滿足三階非線性參量放大需求的幅度和相位關系時，光電振蕩環(huán)路中的三階非線性參量放大過程被激發(fā)，從而實現(xiàn)重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器，產(chǎn)生微波孤子頻率梳信號，其梳齒間隔為主模ωm與被調(diào)控的邊模ωm+i之間的頻率差i·fsr，其中fsr為光電振蕩環(huán)路的自由頻譜范圍。

11、其中，實現(xiàn)重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器的過程為：打開激光源使其工作模式為單頻激光源，此時光電振蕩環(huán)路為一個傳統(tǒng)的自由振蕩光電振蕩器。設置模式調(diào)控功能模塊中微波信號源1和微波信號源2均開啟，并使其工作模式均為單頻模式，通過調(diào)控微波信號源1和微波信號源2的功率和頻率來分別調(diào)控兩個不同的邊模ωm+i和ωm+j(i和j為非零的整數(shù)，分別表示自由振蕩光電振蕩器中第m+i個振蕩模式和第m+j個振蕩模式，i不等于j)，當微波信號源1和微波信號源2的頻率差值等于自由頻譜范圍的整數(shù)倍|i-j|時，兩個被調(diào)控的邊模之間滿足三階非線性參量放大需求的幅度和相位關系時，激發(fā)光電振蕩環(huán)路中的三階非線性參量放大，實現(xiàn)重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器，產(chǎn)生純凈微波孤子頻率梳信號，其梳齒間隔為兩個被調(diào)控的邊摸ωm+i和ωm+j之間的頻率差|i-j|·fsr。

12、其中，實現(xiàn)重構三狀態(tài)的頻域鎖模完美孤子晶體光電振蕩器的過程為：在重構二狀態(tài)的基礎上，將激光源的工作模式變?yōu)閽哳l激光源，微波信號源1和微波信號源2工作模式變?yōu)閽哳l模式。掃頻模式的激光源會引起可重構微波光子帶通濾波器也發(fā)生掃頻，可重構微波光子帶通濾波器的掃頻周期與掃頻激光源的掃頻周期相同。當可重構微波光子帶通濾波器、微波信號源1和微波信號源2的掃頻周期的倒數(shù)等于自由頻譜范圍的k倍(k為正整數(shù))時，光電振蕩環(huán)路中的三階非線性參量放大過程被激發(fā)并完成頻域鎖模技術，實現(xiàn)頻域鎖模完美孤子晶體光電振蕩器，產(chǎn)生線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號。其中，k等于1時，產(chǎn)生的線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號的梳齒間隔為fsr，單個微波光子帶通濾波器的掃頻周期內(nèi)含|i-j|個脈沖；當k等于|i-j|時，產(chǎn)生的線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號的梳齒間隔為|i-j|·fsr，單個微波光子帶通濾波器的掃頻周期內(nèi)含1個脈沖。

13、進一步的，當所述調(diào)制器為強度調(diào)制器、濾波器為電可調(diào)濾波器時，與上述實現(xiàn)重構一狀態(tài)、重構二狀態(tài)和重構三狀態(tài)的過程相似；電可調(diào)濾波器包括帶通濾波和掃頻濾波兩種工作模式；

14、具體地，設置激光器工作在單頻激光源模式，微波信號源1和微波信號源2工作在單頻模式，電可調(diào)濾波器工作在帶通濾波模式，通過調(diào)控微波信號源1和微波信號源2的開關狀態(tài)、功率和頻率，本發(fā)明提出的克爾孤子晶體光電振蕩器可實現(xiàn)重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器和重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器，產(chǎn)生微波孤子頻率梳信號和純凈微波孤子頻率梳信號；在重構二狀態(tài)的基礎上，微波信號源1和微波信號源2工作在掃頻模式，電可調(diào)濾波器工作在掃頻濾波模式，通過調(diào)控微波信號源1和微波信號源2的功率和頻率，可實現(xiàn)重構三狀態(tài)的頻域鎖模完美孤子晶體光電振蕩器，產(chǎn)生線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號。

15、進一步的，當所述調(diào)制器為強度調(diào)制器、濾波器為電帶通濾波器時，與上述實現(xiàn)重構一狀態(tài)和重構二狀態(tài)的過程相同，設置激光器工作在單頻激光源模式，微波信號源1和微波信號源2工作在單頻模式，通過調(diào)控微波信號源1和微波信號源2的功率和頻率，本發(fā)明提出的克爾孤子晶體光電振蕩器可實現(xiàn)重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器和重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器，產(chǎn)生微波孤子頻率梳信號和純凈微波孤子頻率梳信號。

16、進一步的，當本發(fā)明克爾孤子晶體光電振蕩器實現(xiàn)重構一狀態(tài)的克爾孤子晶體光電振蕩器時，通過調(diào)諧微波信號源1的頻率實現(xiàn)對不同邊模的調(diào)控，根據(jù)調(diào)控的邊模的頻率與主模的頻率之間的差值，產(chǎn)生的微波孤子頻率梳信號的梳齒間隔能夠調(diào)諧，其梳齒間隔等于調(diào)控的邊模的頻率與主模的頻率之間的差值；實現(xiàn)重構二狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器時，通過調(diào)諧微波信號源1和微波信號源2的頻率差值，產(chǎn)生的微波孤子頻率梳信號的梳齒頻率間隔能夠調(diào)諧，其梳齒間隔等于微波信號源1和微波信號源2的頻率差值；實現(xiàn)重構三狀態(tài)的完美孤子晶體光電振蕩器時，調(diào)諧微波光子帶通濾波器、微波信號源1和微波信號源2的掃頻周期，以及微波信號源1和微波信號源2的頻率差值，產(chǎn)生的微波孤子頻率梳信號的梳齒頻率間隔能夠調(diào)諧。

17、進一步的，通過調(diào)諧濾波器的中心頻率和帶寬，以及微波信號源1和微波信號源2的頻率，本發(fā)明克爾孤子晶體光電振蕩器產(chǎn)生的微波孤子頻率梳信號、純凈微波孤子頻率梳信號和線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號的中心頻率和梳齒數(shù)目可以調(diào)諧。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：

19、1、本發(fā)明首創(chuàng)可控完美孤子晶體光電振蕩器技術研究，率先提出利用兩個微波信號源抑制完美孤子晶體光電振蕩器中超模噪聲的方法，產(chǎn)生中心頻率、梳齒間隔可調(diào)諧的純凈微波孤子頻率梳信號，有望滿足現(xiàn)代雷達等電子信息系統(tǒng)對高性能微波頻率梳信號源技術的迫切需求。

20、2、本發(fā)明首創(chuàng)頻域鎖模完美孤子晶體光電振蕩器技術研究，率先將頻域鎖模技術引入到完美孤子晶體光電振蕩器中，產(chǎn)生線性調(diào)頻的純凈微波孤子頻率梳信號，有望滿足現(xiàn)代雷達等電子信息系統(tǒng)對高性能線性調(diào)頻微波頻率梳信號的需求。