一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生裝置，屬于光纖通信、信號處理領域。激光器(11)的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器(13)的光輸入端，毫米波本振源(12)的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器(13)的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器(13)的光輸出端接光環(huán)形器(15)的1端口，F(xiàn)BG型聲光濾波器(14)接光環(huán)形器(15)的端口2，光環(huán)形器(15)的端口3接摻餌光纖放大器(16)，摻餌光纖放大器(16)的輸出端接光電探測器(17)，光電探測器(17)的輸出端接帶通濾波器(18)。改變FBG型聲光濾波器(14)上的聲波頻率，實現(xiàn)倍頻因子可調(diào)諧的毫米波的生成。
【專利說明】
一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生裝置，屬于光纖通信、聲光調(diào)制、信號處理領域。
【背景技術】
[0002]微波光子學是一門研究微波與光子間的相互作用及其應用的學科。近年來，微波光子學的一項最重要應用是無線通信中利用光纖進行微波載波信號的傳輸，被稱為光載無線電(RoF，Rad1 over Fiber)通信系統(tǒng)。RoF通信系統(tǒng)結(jié)合傳統(tǒng)微波通信與光通信的優(yōu)勢，利用光纖拉遠延長了高頻微波信號的空間傳輸距離，在此基礎上可實現(xiàn)高達Gbps量級的無線寬帶接入，將網(wǎng)絡通信容量提升一至兩個數(shù)量級，應用前景廣闊。高質(zhì)量毫米波的光子學產(chǎn)生方法是目前RoF領域的研究熱點之一。
[0003]使用光域方法實現(xiàn)微波信號生成的器件在微波光子學中被稱為微波光子發(fā)生器，它可以有效地解決電域瓶頸。如果微波光子發(fā)生器用來產(chǎn)生毫米波頻段的微波信號，也將其稱之為毫米波發(fā)生器?；诠鈱W方法產(chǎn)生的毫米波頻率可具有很高的連續(xù)調(diào)諧范圍。毫米波的光域生成技術經(jīng)過十幾年來的發(fā)展已經(jīng)多種多樣，關于毫米波發(fā)生器研究工作己經(jīng)有不少報道，圍繞著毫米波生成問題，由于毫米波本身工作頻段很高(30?300GHz)，實驗設備均要求工作于毫米波頻段，因此毫米波技術的研究重點在于利用相對低廉的技術成本產(chǎn)生較為穩(wěn)定并且頻率可調(diào)諧的射頻毫米波信號。通常采用的毫米波生成方法主要包括直接調(diào)制法(內(nèi)調(diào)制法)、間接調(diào)制法(外部調(diào)制法)、頻率上轉(zhuǎn)換法、光外差法等。由于外部調(diào)制器靈活的調(diào)制方式和較高的調(diào)制效率，其在RoF系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
[0004]光纖布拉格光柵(FBG)型全光纖聲光濾波器是利用縱向聲波對FBG進行軸向、周期性的壓縮和拉伸，使得FBG的傳輸特性發(fā)生變化。FBG型全光纖聲光濾波器以其特殊的傳輸特性、結(jié)構簡單等優(yōu)點，可用于濾波、多路復用、光纖激光器的選頻等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是，克服目前RoF系統(tǒng)中毫米波信號的生成技術復雜、成本較高，并且調(diào)諧性差這一難題，并充分利用FBG型全光纖聲光濾波器的特性，提供一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器。
[0006]本發(fā)明采用的技術方案:
[0007]—種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器、毫米波本振源、馬赫增德爾調(diào)制器、光環(huán)形器、摻餌光纖放大器、光電探測器和FBG型全光纖聲光濾波器;具體連接方式為:
[0008]激光器的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器的光輸入端，毫米波本振源的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器的光輸出端接光環(huán)形器的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器接光環(huán)形器的端口 2，光環(huán)形器的端口 3接摻t耳光纖放大器，摻t耳光纖放大器的輸出接光電探測器，光電探測器的輸出端接帶通濾波器;其中FBG型全光纖聲光濾波器由信號發(fā)生器、壓電陶瓷片、玻璃圓錐以及光纖布拉格光柵組成。
[0009]FBG型全光纖聲光濾波器反射譜中次反射和主反射峰之間的波長間距同壓電陶瓷片所加聲波頻率成一定的線性關系；主反射峰和次反射峰的反射率同F(xiàn)BG型聲光濾波器中壓電陶瓷片兩端聲致應變幅度有一定的對應關系。
[0010]馬赫增德爾調(diào)制器工作在適當?shù)墓ぷ髂Ｊ綍r，可以實現(xiàn)抑制奇次載波的光雙邊帶調(diào)制。改變施加在FBG型聲光濾波器上的聲波頻率，使得聲光濾波器的主反射峰和兩個次反射峰的頻率分別與光載波以及其中的兩個對稱邊帶的頻率吻合，濾出所需邊帶進行拍頻，實現(xiàn)倍頻因子可調(diào)諧的毫米波的生成。另外，通過改變FBG型聲光濾波器中壓電陶瓷片兩端的聲致應變幅度可以調(diào)節(jié)濾出的載波和邊帶的功率大小。
[0011]所述的馬赫增德爾調(diào)制器輸出的抑制奇次邊帶調(diào)制的信號包括載波以及所有的偶次邊帶。
[0012]所述的FBG型聲光濾波器反射譜中包括主反射峰、左次反射峰、右次反射峰。
[0013]激光器包括脈沖鎖模激光器(MLL)和連續(xù)波激光器(CW)。
[0014]馬赫增德爾調(diào)制器包括單驅(qū)動馬赫增德爾調(diào)制器以及雙驅(qū)動馬赫增德爾調(diào)制器。
[0015]本發(fā)明和已有技術相比所具有的有益效果如下:
[0016]本發(fā)明采用FBG型全光纖聲光濾波器，只需改變施加在FBG型聲光濾波器上的聲波頻率以及施加在壓電陶瓷片上的聲致應變幅度，即可實現(xiàn)倍頻因子可調(diào)諧的毫米波信號的輸出。整個裝置僅有一個激光器、一個毫米波本振源，一個馬赫增德爾調(diào)制器、一個光環(huán)形器、一個FBG型聲光濾波器以及一個帶通濾波器組成，而FBG型聲光濾波器僅由信號發(fā)生器、壓電陶瓷片、玻璃圓錐以及光纖布拉格光柵組成，構建成本低，能夠很好與通信光纖匹配，連接損耗小。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)倍頻因子可調(diào)諧的多倍頻毫米波信號的產(chǎn)生，故而適用于微波光子領域毫米波發(fā)生器的設計與優(yōu)化等領域。
【附圖說明】
[0017]圖1為基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器示意圖。
[0018]圖2為圖1中的FBG型全光纖聲光濾波器結(jié)構圖。
[0019]圖3為馬赫增德爾調(diào)制器輸出的抑制奇次邊帶調(diào)制信號示意圖。
[0020]圖4為實施例一中FBG型聲光濾波器反射譜示意圖。(不同的聲波頻率與聲致應變幅度不同)
[0021 ]圖5為實施例一中產(chǎn)生的2倍頻毫米波信號電頻譜圖。
[0022]圖6為實施例二中FBG型聲光濾波器反射譜示意圖。
[0023]圖7為實施例二中產(chǎn)生的4倍頻毫米波信號電頻譜圖。
[0024]圖8為實施例三中FBG型聲光濾波器反射譜示意圖。
[0025]圖9為實施例三中產(chǎn)生的4倍頻毫米波信號電頻譜圖。
[0026]圖10為實施例四中FBG型聲光濾波器反射譜示意圖。
[0027]圖11為實施例四中產(chǎn)生的6倍頻毫米波信號電譜圖。
[0028]圖12為實施例五中FBG型聲光濾波器反射譜示意圖。
[0029]圖13為實施例五中產(chǎn)生的8倍頻毫米波信號電頻譜圖。
[0030]圖14為實施例六中FBG型聲光濾波器反射譜示意圖。
[0031]圖15為實施例六中產(chǎn)生的12倍頻毫米波信號電頻譜圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖1至15對基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器作進一步描述。
[0033]實施例一
[0034]—種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器11、毫米波本振源12、馬赫增德爾調(diào)制器13、FBG型全光纖聲光濾波器14、光環(huán)形器15、摻餌光纖放大器16、光電探測器17和帶通濾波器18;具體連接方式為:
[0035]激光器11的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸入端，毫米波本振源12的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸出端接光環(huán)形器15的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器14接光環(huán)形器15的端口 2，光環(huán)形器15的端口 3接摻餌光纖放大器16，摻餌光纖放大器16的輸出接光電探測器17，光電探測器17的輸出端接帶通濾波器18;其中FBG型全光纖聲光濾波器14由信號發(fā)生器21、壓電陶瓷片22、玻璃圓錐23以及光纖布拉格光柵24組成。
[0036]本實例中毫米波本振源I 2產(chǎn)生正弦波信號4.946GHz，激光器11中心頻率1544.40nm，經(jīng)馬赫增德爾調(diào)制器13調(diào)制后變成抑制奇次邊帶的光雙邊帶信號；載頻3a、-2階邊帶313、+2階邊帶3(:、-4階邊帶3(1、+4階邊帶36、-6階邊帶3;1^和+6階邊帶3〖，如圖3所示。FBG型聲光濾波器14中壓電陶瓷片22兩端所加超聲波頻率為0.566MHz，所加聲致應變幅度為50με，其反射譜如圖4所示，圖4中的4a、4b和4c分別將3a、3b和3c濾出，經(jīng)過摻t耳光纖放大器16放大，光電探測器17拍頻以及中心頻率為9.892GHz，帶寬為IGHz的帶通濾波器18濾波器后，產(chǎn)生的2倍頻毫米波信號電頻譜圖如圖5所示。
[0037]實施例二
[0038]—種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器11、毫米波本振源12、馬赫增德爾調(diào)制器13、FBG型全光纖聲光濾波器14、光環(huán)形器15、摻餌光纖放大器16、光電探測器17和帶通濾波器18;具體連接方式為:
[0039]激光器11的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸入端，毫米波本振源12的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸出端接光環(huán)形器15的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器14接光環(huán)形器15的端口 2，光環(huán)形器15的端口 3接摻餌光纖放大器16，摻餌光纖放大器16的輸出接光電探測器17，光電探測器17的輸出端接帶通濾波器18;其中FBG型全光纖聲光濾波器14由信號發(fā)生器21、壓電陶瓷片22、玻璃圓錐23以及光纖布拉格光柵24組成。
[0040]本實例中毫米波本振源I 2產(chǎn)生正弦波信號4.946GHz，激光器11中心頻率1544.40nm，經(jīng)馬赫增德爾調(diào)制器13調(diào)制后變成抑制奇次邊帶的光雙邊帶信號；載頻3a、-2階邊帶313、+2階邊帶3(:、-4階邊帶3(1、+4階邊帶36、-6階邊帶3;1^和+6階邊帶3〖，如圖3所示。FBG型聲光濾波器14中壓電陶瓷片22兩端所加超聲波頻率為0.566MHz，所加聲致應變幅度為50με，其反射譜如圖6所示，圖6中的6a、6b和6c分別將3a、3b和3c濾出，經(jīng)過摻餌光纖放大器16放大，光電探測器17拍頻以及中心頻率為19.784GHz，帶寬為IGHz的帶通濾波器18濾波器后，產(chǎn)生的4倍頻毫米波信號電頻譜圖如圖7所示。
[0041 ] 實施例三
[0042]—種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器11、毫米波本振源12、馬赫增德爾調(diào)制器13、FBG型全光纖聲光濾波器14、光環(huán)形器15、摻餌光纖放大器16、光電探測器17和帶通濾波器18;具體連接方式為:
[0043]激光器11的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸入端，毫米波本振源12的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸出端接光環(huán)形器15的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器14接光環(huán)形器15的端口 2，光環(huán)形器15的端口 3接摻餌光纖放大器16，摻餌光纖放大器16的輸出接光電探測器17，光電探測器17的輸出端接帶通濾波器18;其中FBG型全光纖聲光濾波器14由信號發(fā)生器21、壓電陶瓷片22、玻璃圓錐23以及光纖布拉格光柵24組成。
[0044]本實例中毫米波本振源I 2產(chǎn)生正弦波信號4.946GHz，激光器11中心頻率1544.40nm，經(jīng)馬赫增德爾調(diào)制器13調(diào)制后變成抑制奇次邊帶的光雙邊帶信號；載頻3a、-2階邊帶313、+2階邊帶3(:、-4階邊帶3(1、+4階邊帶36、-6階邊帶3;1^和+6階邊帶3〖，如圖3所示。FBG型聲光濾波器14中壓電陶瓷片22兩端所加超聲波頻率為1.133MHz，所加聲致應變幅度為150με，其反射譜如圖8所示，圖8中的8a、8b和8c分別將3a、3d和3e濾出，經(jīng)過摻餌光纖放大器16放大，光電探測器17拍頻以及中心頻率為39.568GHz，帶寬為IGHz的帶通濾波器18濾波器后，產(chǎn)生的4倍頻毫米波信號電頻譜圖如圖9所示。
[0045]實施例四
[0046]—種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器11、毫米波本振源12、馬赫增德爾調(diào)制器13、FBG型全光纖聲光濾波器14、光環(huán)形器15、摻餌光纖放大器16、光電探測器17和帶通濾波器18;具體連接方式為:
[0047]激光器11的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸入端，毫米波本振源12的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸出端接光環(huán)形器15的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器14接光環(huán)形器15的端口 2，光環(huán)形器15的端口 3接摻餌光纖放大器16，摻餌光纖放大器16的輸出接光電探測器17，光電探測器17的輸出端接帶通濾波器18;其中FBG型全光纖聲光濾波器14由信號發(fā)生器21、壓電陶瓷片22、玻璃圓錐23以及光纖布拉格光柵24組成。
[0048]本實例中毫米波本振源I 2產(chǎn)生正弦波信號4.946GHz，激光器11中心頻率1544.40nm，經(jīng)馬赫增德爾調(diào)制器13調(diào)制后變成抑制奇次邊帶的光雙邊帶信號；載頻3a、-2階邊帶313、+2階邊帶3(:、-4階邊帶3(1、+4階邊帶36、-6階邊帶3;1^和+6階邊帶3〖，如圖3所示。FBG型聲光濾波器14中壓電陶瓷片22兩端所加超聲波頻率為1.1698MHz，所加聲致應變幅度為160με，其反射譜如圖10所示，圖10中的10a、1b和1c分別將3a、3f和3g濾出，經(jīng)過摻餌光纖放大器16放大，光電探測器17拍頻以及中心頻率為29.676GHz，帶寬為IGHz的帶通濾波器18濾波器后，產(chǎn)生的6倍頻毫米波信號電頻譜圖如圖11所示。
[0049]實施例五
[0050]—種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器11、毫米波本振源12、馬赫增德爾調(diào)制器13、FBG型全光纖聲光濾波器14、光環(huán)形器15、摻餌光纖放大器16、光電探測器17和帶通濾波器18;具體連接方式為:
[0051]激光器11的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸入端，毫米波本振源12的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸出端接光環(huán)形器15的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器14接光環(huán)形器15的端口 2，光環(huán)形器15的端口 3接摻餌光纖放大器16，摻餌光纖放大器16的輸出接光電探測器17，光電探測器17的輸出端接帶通濾波器18;其中FBG型全光纖聲光濾波器14由信號發(fā)生器21、壓電陶瓷片22、玻璃圓錐23以及光纖布拉格光柵24組成。
[0052]本實例中毫米波本振源I 2產(chǎn)生正弦波信號4.946GHz，激光器11中心頻率1544.40nm，經(jīng)馬赫增德爾調(diào)制器13調(diào)制后變成抑制奇次邊帶的光雙邊帶信號；載頻3a、-2階邊帶313、+2階邊帶3(:、-4階邊帶3(1、+4階邊帶36、-6階邊帶3;1^和+6階邊帶3〖，如圖3所示。FBG型聲光濾波器14中壓電陶瓷片22兩端所加超聲波頻率為1.133MHz，所加聲致應變幅度為150με，其反射譜如圖12所示，圖12中的12a、12b和12c分別將3a、3d和3e濾出，經(jīng)過摻餌光纖放大器16放大，光電探測器17拍頻以及中心頻率為39.568GHz，帶寬為IGHz的帶通濾波器18濾波器后，產(chǎn)生的8倍頻毫米波信號電頻譜圖如圖13所示。
[0053]實施例六
[0054]一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器11、毫米波本振源12、馬赫增德爾調(diào)制器13、FBG型全光纖聲光濾波器14、光環(huán)形器15、摻餌光纖放大器16、光電探測器17和帶通濾波器18;具體連接方式為:
[0055]激光器11的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸入端，毫米波本振源12的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器13的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器13的光輸出端接光環(huán)形器15的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器14接光環(huán)形器15的端口 2，光環(huán)形器15的端口 3接摻餌光纖放大器16，摻餌光纖放大器16的輸出接光電探測器17，光電探測器17的輸出端接帶通濾波器18;其中FBG型全光纖聲光濾波器14由信號發(fā)生器21、壓電陶瓷片22、玻璃圓錐23以及光纖布拉格光柵24組成。
[0056]本實例中毫米波本振源I 2產(chǎn)生正弦波信號4.946GHz，激光器11中心頻率1544.40nm，經(jīng)馬赫增德爾調(diào)制器13調(diào)制后變成抑制奇次邊帶的光雙邊帶信號；載頻3a、-2階邊帶313、+2階邊帶3(:、-4階邊帶3(1、+4階邊帶36、-6階邊帶3;1^和+6階邊帶3〖，如圖3所示。FBG型聲光濾波器14中壓電陶瓷片22兩端所加超聲波頻率為1.698MHz，所加聲致應變幅度為160με，其反射譜如圖14所示，圖14中的14a、14b和14c分別將3a、3f和3g濾出，經(jīng)過摻餌光纖放大器16放大，光電探測器17拍頻以及中心頻率為59.352GHz，帶寬為IGHz的帶通濾波器18濾波器后，產(chǎn)生的12倍頻毫米波信號電頻譜圖如圖15所示。
【主權項】
1.一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，該裝置包括:激光器(11)、毫米波本振源(12)、馬赫增德爾調(diào)制器(13)、FBG型全光纖聲光濾波器(14)、光環(huán)形器(15)、摻餌光纖放大器(16)、光電探測器(17)和帶通濾波器(18);具體連接方式為: 激光器(11)的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器(13)的光輸入端，毫米波本振源(12)的輸出端接馬赫增德爾調(diào)制器(13)的電調(diào)制端，馬赫增德爾調(diào)制器(13)的光輸出端接光環(huán)形器(15)的I端口，F(xiàn)BG型全光纖聲光濾波器(14)接光環(huán)形器(15)的端口 2，光環(huán)形器(15)的端口3接摻餌光纖放大器(16)，摻餌光纖放大器(16)的輸出接光電探測器(17)，光電探測器(17)的輸出端接帶通濾波器(18);其中FBG型全光纖聲光濾波器(14)由信號發(fā)生器(21)、壓電陶瓷片(22)、玻璃圓錐(23)以及光纖布拉格光柵(24)組成。 FBG型全光纖聲光濾波器(14)透射譜中次反射峰和主反射峰之間的波長間距同壓電陶瓷片(22)所加聲波頻率成一定的線性關系；主反射峰和次反射峰的反射率同F(xiàn)BG型聲光濾波器(14)中壓電陶瓷片(22)兩端聲致應變幅度有一定的對應關系。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，其特征在于: 馬赫增德爾調(diào)制器(13)工作在適當?shù)墓ぷ髂Ｊ綍r，可以實現(xiàn)抑制奇次載波的光雙邊帶調(diào)制。改變施加在FBG型聲光濾波器(14)上的聲波頻率，使得聲光濾波器(14)的主反射峰和兩個次反射峰的頻率分別與光載波以及其中的兩個對稱邊帶的頻率吻合，濾出所需邊帶進行拍頻，實現(xiàn)倍頻因子可調(diào)諧的毫米波的生成。另外，通過改變FBG型聲光濾波器(14)中壓電陶瓷片(22)兩端的聲致應變幅度可以調(diào)節(jié)濾出的載波和邊帶的功率大小。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，其特征在于: 所述的馬赫增德爾調(diào)制器(13)輸出的抑制奇次邊帶調(diào)制的信號包括載波以及所有的偶次邊帶。4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，其特征在于: 所述的FBG型聲光濾波器(14)反射譜中包括主反射峰(4a)、左次反射峰(4b)、右次反射峰(4c) ο5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，其特征在于: 激光器(11)包括脈沖鎖模激光器(MLL)和連續(xù)波激光器(CW)。6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于聲光濾波器的多倍頻毫米波發(fā)生器，其特征在于: 馬赫增德爾調(diào)制器(13)包括單驅(qū)動馬赫增德爾調(diào)制器以及雙驅(qū)動馬赫增德爾調(diào)制器。
【文檔編號】H04B10/516GK105978630SQ201610238100
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】王群, 王一群, 裴麗, 李晶, 李月琴, 翁思俊
【申請人】北京交通大學