毫米波信號的光子學產生方法及裝置制造方法及圖紙

一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應的毫米波信號的光子學產生方法及裝置，屬于微波光子學技術領域。由可調諧激光器、第一耦合器、雙平行馬赫-曾德爾調制器、第一直流穩壓電源、第二直流穩壓電源、第三直流穩壓電源、隔離器、第二耦合器、第一光電探測器、頻譜分析儀、高非線性光纖、環行器、第二光電探測器、微波放大器、強度調制器、第四直流穩壓電源和微波信號源組成。本發明專利技術的毫米波信號產生裝置的輸出頻率根據所選用的高非線性光纖不同可在54GHz～66GHz。由于受激布里淵頻移量的數值與泵浦光的波長有關，還可以通過調節可調諧激光器的波長，實現毫米波信號產生裝置的輸出頻率在一定范圍內可調。

【技術實現步驟摘要】
毫米波信號的光子學產生方法及裝置
本專利技術屬于微波光子學
，具體涉及一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應的毫米波信號的光子學產生方法及裝置。
技術介紹
高質量的微波/毫米波信號源在無線通信、光載射頻網絡、軍事雷達系統、星間鏈路等系統中具有極其重要的作用。然而由于電子器件處理速率的限制，傳統的電子技術對于高速微波信號的產生逐漸接近瓶頸。利用光子技術產生、處理和傳輸高頻微波/毫米波信號不僅可以輕松地解決電子技術處理速率瓶頸問題，更能將信號傳輸至更遠的距離，并且具有低損耗，高帶寬和抗電磁干擾能力強等特性。目前光生毫米波的產生方法主要有光注入法、光鎖相環法、雙模激光器法、多次倍頻法、光電振蕩器法。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應的毫米波信號的光子學產生方法及裝置。本專利技術所述的毫米波信號光子學產生裝置的結構如圖1所示，由可調諧激光器、第一耦合器、雙平行馬赫-曾德爾調制器(DPMZM)、第一直流穩壓電源、第二直流穩壓電源、第三直流穩壓電源、隔離器、第二耦合器、第一光電探測器、頻譜分析儀、高非線性光纖、環行器、第二光電探測器、微波放大器、強度調制器、第四直流穩壓電源和微波信號源組成?？烧{諧激光器輸出的光信號進入到第一耦合器中，第一耦合器將光信號一分為二，上支路的光信號輸入到雙平行馬赫-曾德爾調制器(如圖2)中，雙平行馬赫-曾德爾調制器由第一馬赫-曾德爾調制器、第二馬赫-曾德爾調制器和移相器組成；第一馬赫-曾德爾調制器單獨構成第一支路，第二馬赫-曾德爾調制器和移相器構成第二支路；第一馬赫-曾德爾調制器和第二馬赫-曾德爾調制器均為強度調制器。第一馬赫-曾德爾調制器具有第一射頻輸入端和第一直流偏置端；第二馬赫-曾德爾調制器具有第二射頻輸入端和第二直流偏置端；移相器只有一個直流偏置電壓輸入端，即第三直流偏置端，通過調節第三直流偏置端的電壓能夠改變雙平行馬赫-曾德爾調制器第二支路光信號的相位，使雙平行馬赫-曾德爾調制器工作在載波相移π/2的雙邊帶調制狀態。第一直流穩壓電源與第一直流偏置端相連，第二直流穩壓電源與第二直流偏置端相連，第三直流穩壓電源與第三直流偏置端相連，第二射頻輸入端接地。雙平行馬赫-曾德爾調制器的輸出信號進入隔離器，然后輸入到第二耦合器中，第二耦合器的上支路輸出信號被送入到第一光電探測器進行光電轉換，再輸入到頻譜分析儀中進行頻譜測試；第二耦合器的下支路輸出信號進入到高非線性光線中作為受激布里淵散射效應的信號光。第一耦合器輸出的下支路光信號輸入到強度調制器中作為光載波信號，微波信號源輸出的信號輸入到強度調制器中作為調制信號，第四直流穩壓電源為強度調制器提供直流偏置電壓，強度調制器輸出的信號由環形器的Ⅰ端口輸入，Ⅱ端口輸出，然后進入到高非線性光纖中；與第二耦合器下支路輸出的信號在高非線性光線中相互作用，發生受激布里淵散射，經過受激布里淵散射效應處理的信號再由環形器的Ⅱ端口輸入，然后由環形器的Ⅲ端口輸出，被第二光電探測器轉換成電信號，再經微波放大器放大后輸入到第一射頻輸入端作為雙平行馬赫-曾德爾調制器中第一馬赫-曾德爾調制器的射頻信號輸入。系統連接好之后，打開所有設備開關，使設備處于工作狀態，可調諧激光器輸出頻率為fc的信號，進入到雙平行馬赫-曾德爾調制器中，雙平行馬赫-曾德爾調制器中第二馬赫-曾德爾調制器的第二射頻輸入端對地短接，第二直流偏置端設置在最大傳輸點，設置第一直流偏置端的電壓，使第一馬赫-曾德爾調制器工作在載波抑制的雙邊帶狀態，設置第三直流偏置端的電壓，使第二支路光信號的相位與第一支路輸出的邊帶的相位相差π/2，從而使雙平行馬赫-曾德爾調制器處于載波相移為π/2的雙邊帶調制狀態。設備剛開始工作時，第一馬赫-曾德爾調制器的第一射頻輸入端為隨機的噪聲信號，由于噪聲信號的頻率具有隨機性，此時雙平行馬赫-曾德爾調制器會輸出一系列的調制邊帶(圖3(1))，由于是小信號調制，只考慮一階邊帶，忽略其它階邊帶，被噪聲信號調制的光信號通過隔離器輸入到第二耦合器，第二耦合器輸出的下支路信號進入到高非線性光纖中作為受激布里淵散射效應的信號光。第一耦合器下支路輸出的信號被微波信號源輸出的頻率為fb(fb為受激布里淵的頻移量)的信號調制，設置第四直流穩壓電源的輸出電壓，并調整微波信號源輸出頻率為fb的信號幅度，從而改變強度調制器的調制深度，使強度調制器輸出信號中，奇次邊帶成分被完全抑制，包括光載波的偶次邊帶成分被保留，其中高階偶次邊帶成分可以忽略，最終得到3個頻率成分：分別是光載波fc和2個二階邊帶fc-2fb和fc+2fb，再通過設置信號fb的幅度，可以使得光載波和2個二階邊帶的幅度相等(圖3(2))。強度調制器輸出的三個信號fc-2fb、fc和fc+2fb通過環形器Ⅰ端口輸入、Ⅱ端口輸出進入到高非線性光作為受激布里淵散射效應的泵浦光，其中泵浦信號fc-2fb產生的損耗譜和泵浦信號fc產生的增益譜相抵消，泵浦信號fc產生的損耗譜和泵浦信號fc+2fb產生的增益譜相抵消，因此只剩下泵浦信號fc-2fb產生的增益譜和泵浦信號fc+2fb產生的損耗譜(圖3(3))，由第二耦合器下支路輸出的被噪聲信號調制的若干邊帶信號中，距離載波信號fc的頻率間隔為3fb的兩個邊帶信號fc-3fb和fc+3fb被上述泵浦信號處理，其中，fc-3fb信號被增強，fc+3fb信號被減弱(圖3(4))，在高非線性光纖中，經受激布里淵散射效應處理的信號通過環形器的Ⅱ端口輸入，由環形器的Ⅲ端口輸出，經第二光電探測器探測出頻率為3fb的電信號，再經微波放大器放大后，送入到雙平行馬赫-曾德爾調制器的第一射頻輸入端，作為調制信號，當雙平行馬赫-曾德爾調制器得到頻率為3fb的調制信號后，其調制輸出的若干邊帶信號中，頻率為fc-3fb和fc+3fb的信號強度高于其它邊帶信號，包含fc-3fb和fc+3fb在內的若干個邊帶信號繼續通過隔離器進入到第二耦合器中，第二耦合器輸出的上支路信號被第一光電探測器探測，第二耦合器輸出的下支路信號繼續進入到高非線性光纖中，與來自強度調制器的泵浦信號發生受激布里淵散射效應，第二光電探測器能繼續探測到頻率為3fb的信號，經微波放大器放大后繼續輸入到雙平行馬赫-曾德爾調制器的第一射頻輸入端，從而形成正反饋回路。由于雙平行馬赫-曾德爾調制器工作在載波相移π/2的雙邊帶工作狀態，所以第一光電探測器將頻率為fc-3fb、fc和fc+3fb的三個信號(圖3(5))拍頻輸出可以得到頻率為6fb的毫米波信號，輸出結果在頻譜分析儀上顯示。本專利技術選用波長為1530～1565nm的可調諧激光器作載波光源；雙平行馬赫-曾德爾調制器工作的光波長為1525nm～1605nm，帶寬為60GHz，其中第一馬赫-曾德爾調制器和第二馬赫-曾德爾調制器的半波電壓為5.5V，移相器的半波電壓為15V；高非線性光纖長度為500～2000米，受激布里淵頻移量fb為9～11GHz；隔離器的隔離度大于40dB；強度調制器工作的光波長為1525nm～1605nm，帶寬為20GHz；微波信號源的輸出頻率范圍為1GHz～40GHz；第一光電探測器的帶寬為60GHz；第二光電探測器的帶寬為40GHz；微波放大器的帶寬為40GHz，放大倍數本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種毫米波信號的光子學產生裝置，其特征在于：由可調諧激光器、第一耦合器、雙平行馬赫?曾德爾調制器、第一直流穩壓電源、第二直流穩壓電源、第三直流穩壓電源、隔離器、第二耦合器、第一光電探測器、頻譜分析儀、高非線性光纖、環行器、第二光電探測器、微波放大器、強度調制器、第四直流穩壓電源和微波信號源組成；可調諧激光器輸出的光信號進入到第一耦合器中，第一耦合器將光信號一分為二，上支路的光信號輸入到雙平行馬赫?曾德爾調制器中，雙平行馬赫?曾德爾調制器工作在載波相移π/2的雙邊帶調制狀態；雙平行馬赫?曾德爾調制器的輸出信號進入隔離器，然后輸入到第二耦合器中，第二耦合器的上支路輸出信號被送入到第一光電探測器進行光電轉換，再輸入到頻譜分析儀中進行頻譜測試；第二耦合器的下支路輸出信號進入到高非線性光線中作為受激布里淵散射效應的信號光；第一耦合器輸出的下支路光信號輸入到強度調制器中作為光載波信號，微波信號源輸出的信號輸入到強度調制器中作為調制信號，第四直流穩壓電源為強度調制器提供直流偏置電壓，強度調制器輸出的信號由環形器的Ⅰ端口輸入，Ⅱ端口輸出，然后進入到高非線性光纖中；與第二耦合器下支路輸出的信號在高非線性光線中相互作用，發生受激布里淵散射，經過受激布里淵散射效應處理的信號再由環形器的Ⅱ端口輸入，然后由環形器的Ⅲ端口輸出，被第二光電探測器轉換成電信號，再經微波放大器放大后輸入到第一射頻輸入端作為雙平行馬赫?曾德爾調制器中第一馬赫?曾德爾調制器的射頻信號輸入。...

【技術特征摘要】
1.一種毫米波信號的光子學產生裝置，其特征在于：由可調諧激光器、第一耦合器、雙平行馬赫-曾德爾調制器、第一直流穩壓電源、第二直流穩壓電源、第三直流穩壓電源、隔離器、第二耦合器、第一光電探測器、頻譜分析儀、高非線性光纖、環行器、第二光電探測器、微波放大器、強度調制器、第四直流穩壓電源和微波信號源組成；可調諧激光器輸出的光信號進入到第一耦合器中，第一耦合器將光信號一分為二，上支路的光信號輸入到雙平行馬赫-曾德爾調制器中，雙平行馬赫-曾德爾調制器工作在載波相移π/2的雙邊帶調制狀態；雙平行馬赫-曾德爾調制器的輸出信號進入隔離器，然后輸入到第二耦合器中，第二耦合器的上支路輸出信號被送入到第一光電探測器進行光電轉換，再輸入到頻譜分析儀中進行頻譜測試；第二耦合器的下支路輸出信號進入到高非線性光纖中作為受激布里淵散射效應的信號光；第一耦合器輸出的下支路光信號輸入到強度調制器中作為光載波信號，微波信號源輸出的信號輸入到強度調制器中作為調制信號，第四直流穩壓電源為強度調制器提供直流偏置電壓，強度調制器輸出的信號由環形器的Ⅰ端口輸入，Ⅱ端口輸出，然后進入到高非線性光纖中；與第二耦合器下支路輸出的信號在高非線性光纖中相互作用，發生受激布里淵散射，經過受激布里淵散射效應處理的信號再由環形器的Ⅱ端口輸入，然后由環形器的Ⅲ端口輸出，被第二光電探測器轉換成電信號，再經微波放大器放大后輸入到第一射頻輸入端作為雙平行馬赫-曾德爾調制器中第一馬赫-曾德爾調制器的射頻信號輸入。2.如權利要求1所述的一種毫米波信號的光子學產生裝置，其特征在于：雙平行馬赫-曾德爾調制器由第一馬赫-曾德爾調制器、第二馬赫-曾德爾調制器和移相器組成；第一馬赫-曾德爾調制器單獨構成第一支路，第二馬赫-曾德爾調制器和移相器構成第二支路；第一馬赫-曾德爾調制器和第二馬赫-曾德爾調制器均為強度調制器；第一馬赫-曾德爾調制器具有第一射頻輸入端和第一直流偏置端；第二馬赫-曾德爾調制器具有第二射頻輸入端和第二直流偏置端；移相器只有一個直流偏置電壓輸入端，即第三直流偏置端，通過調節第三直流偏置端的電壓能夠改變雙平行馬赫-曾德爾調制器第二支路光信號的相位，使雙平行馬赫-曾德爾調制器工作在載波相移π/2的雙邊帶調制狀態；第一直流穩壓電源與第一直流偏置端相連，第二直流穩壓電源與第二直流偏置端相連，第三直流穩壓電源與第三直流偏置端相連，第二射頻輸入端接地。3.如權利要求1所述的一種毫米波信號的光子學產生裝置，其特征在于：選用波長為1530nm～1565nm的可調諧激光器作載波光源；雙平行馬赫-曾德爾調制器工作的光波長為1525nm～1605nm，帶寬為60GHz；高非線性光纖長度為500m～2000m，受激布里淵頻移量fb為9GHz～11GHz；隔離器的隔離度大于40dB；強度調制器工作的光波長為1525nm～1605nm，帶寬為20GHz；微波信號源的輸出頻率范圍為1GHz～40GHz；第一光電探測器的帶寬為60GHz；第二光電探測器的帶寬為40GHz；微波放大器的帶寬為40GHz，放大倍數大于20dB；第一耦合器和第二耦合器的分光比為1：0.5～2；頻譜分析儀的帶寬為60GHz；第一直流穩壓電源、第二直流穩壓電源、第三直流穩壓電源和第四直流穩壓電源的輸出電壓的幅度在1V～20V可調。4.一種...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董瑋，肖永川，陳維友，張歆東，阮圣平，王鑫，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22