本發(fā)明涉及一種適用于寬調(diào)諧低噪聲光電混合振蕩的方法及系統(tǒng)。通過利用高非線性光纖中的布里淵散射效應(yīng)產(chǎn)生的窄帶光濾波器，實現(xiàn)光電混合振蕩器的選頻，屬于微波光子學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微波光子學(xué)主要研究微波信號與光信號之間的相互作用，與傳統(tǒng)的微波系統(tǒng)相比具有體積小、重量輕、成本低、不受電磁干擾、非線性性能好、應(yīng)用帶寬大等優(yōu)點，在寬帶無線通信、雷達系統(tǒng)、電子對抗等領(lǐng)域有深入應(yīng)用。光電混合振蕩技術(shù)能夠產(chǎn)生極低相位噪聲的高頻微波信號，是寬帶大動態(tài)范圍微波光子系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

如圖1所示為傳統(tǒng)的光電混合振蕩器的原理圖。整個結(jié)構(gòu)由光鏈路和電鏈路構(gòu)成，電光調(diào)制器實現(xiàn)將電光調(diào)制器驅(qū)動端的電信號調(diào)制在激光器輸出的光載波上，光纖實現(xiàn)大的時延以提高光電混合振蕩器的品質(zhì)因數(shù)，光電探測器實現(xiàn)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，電濾波器實現(xiàn)對振蕩頻率的選擇，電放大器保證環(huán)路有足夠的信號增益。由于電濾波器的中心頻率難以實現(xiàn)寬調(diào)諧，因而光電混合振蕩器的振蕩頻率無法實現(xiàn)寬調(diào)諧。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種寬調(diào)諧光電混合振蕩器及微波信號生成方法。本方案適合寬頻率調(diào)諧低相位噪聲微波信號的產(chǎn)生。傳統(tǒng)的光電混合振蕩器采用電帶通濾波器實現(xiàn)振蕩頻率的選擇，難以實現(xiàn)寬調(diào)諧。本方案采用相位調(diào)制器級連受激布里淵散射效應(yīng)產(chǎn)生的窄帶光濾波器實現(xiàn)振蕩模式的選擇，通過調(diào)節(jié)泵浦激光器的波長以及可調(diào)光濾波器的帶寬可以實現(xiàn)振蕩頻率的寬范圍調(diào)諧，調(diào)諧范圍只受限于光電器件的帶寬。利用受激布里淵散射效應(yīng)的衰減譜進行窄帶濾波，沒有引入光的自發(fā)輻射噪聲，同時在整個頻率調(diào)諧范圍內(nèi)，微波光子濾波器的通帶形狀不變，帶寬在幾十MHz量級，可以有效抑制副振蕩模式。除此之外，雙環(huán)結(jié)構(gòu)的引入能有效提高振蕩信號的頻率穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種寬調(diào)諧光電混合振蕩器，其特征在于，包括一信號光源、一泵浦光源、一相位調(diào)制器；所述信號光源輸出端與所述相位調(diào)制器的輸入端連接，所述相位調(diào)制器的輸入端經(jīng)一非線性光纖與一光環(huán)形器的第二端口連接，所述泵浦光源的輸出端經(jīng)一偏振控制器與所述光環(huán) 形器的第一端口連接，所述光環(huán)形器的第三端口經(jīng)一光濾波器與一光電轉(zhuǎn)換鏈路連接，所述光電轉(zhuǎn)換鏈路一輸出端與所述相位調(diào)制器的射頻驅(qū)動端連接，另一輸出端作為微波信號輸出端；其中，所述泵浦光源的波長大于所述信號光源的波長，且信號光源的頻率至少比泵浦光源的頻率大f，f為所述非線性光纖的布里淵散射的斯托克斯頻移的大??；所述第一端口、第二端口、第三端口為按所述環(huán)形器的信號傳輸方向順序排列的三個端口；所述光濾波器用于濾除所述非線性光纖中產(chǎn)生的斯托克斯波。

進一步的，所述光電轉(zhuǎn)換鏈路包括一耦合器，所述光濾波器與所述光耦合器輸入端連接，所述光耦合器的兩輸出端分別經(jīng)一光電探測器與一第一電耦合器輸入端連接，所述第一電耦合器輸出端經(jīng)一噪聲放大器和或一功率放大器與一第二電耦合器輸入端連接，所述第二電耦合器一輸出端與所述相位調(diào)制器的射頻驅(qū)動端連接，另一輸出端作為微波信號輸出端。

進一步的，所述光耦合器的輸出端經(jīng)一單模光纖與所述光電探測器連接。

進一步的，所述光電轉(zhuǎn)換鏈路一光電探測器，噪聲放大器和功率放大器；所述光濾波器依次經(jīng)所述光電探測器、一噪聲放大器和或一功率放大器與一電耦合器輸入端連接，所述電耦合器一輸出端與所述相位調(diào)制器的射頻驅(qū)動端連接，另一輸出端作為微波信號輸出端。

進一步的，所述非線性光纖為高非線性光纖。

進一步的，所述信號光源輸出端經(jīng)一隔離器與所述相位調(diào)制器的輸入端連接。

一種寬調(diào)諧微波信號生成方法，其步驟包括：

1)利用光相位調(diào)制器對信號光源輸出的光載波進行調(diào)制，在光載波附近形成上下對稱光邊帶，對稱光邊帶的幅度相等，相位相差180度；然后將調(diào)制之后的光注入到一非線性光纖中；

2)將泵浦激光器輸出的偏振保持的連續(xù)波激光注入到光環(huán)形器的第一端口，經(jīng)過光環(huán)形器的作用之后，泵浦激光從光環(huán)形器第二端口輸出并相對于信號光源反方向注入到所述非線性光纖中，所述光環(huán)形器第三端口經(jīng)一光濾波器與一光電轉(zhuǎn)換鏈路連接，所述光電轉(zhuǎn)換鏈路一輸出端與所述相位調(diào)制器的射頻驅(qū)動端連接；

3)調(diào)節(jié)泵浦光的功率高于所述非線性光纖中受激布里淵散射的閾值，調(diào)節(jié)所述相位調(diào)制器使調(diào)制輸出光的光邊帶落在阻帶濾波譜的中心，得到一強度調(diào)制光；

4)調(diào)節(jié)泵浦光的波長實現(xiàn)微波信號振蕩頻率的調(diào)節(jié)；

其中，所述泵浦光源的波長大于所述信號光源的波長，且信號光源的頻率至少比泵浦光源的頻率大f，f為所述非線性光纖的受激布里淵散射的斯托克斯頻移的大??；所述第一端口、第二端口、第三端口為按所述環(huán)形器的信號傳輸方向順序排列的三個端口；所述光濾波器用于濾除所述非線性光纖中產(chǎn)生的斯托克斯波。

進一步的，所述光電轉(zhuǎn)換鏈路包括一耦合器，所述光濾波器與所述光耦合器輸入端連接，所述光耦合器的兩輸出端分別經(jīng)一光電探測器與一第一電耦合器輸入端連接，所述第一電耦合器輸出端經(jīng)一噪聲放大器和或一功率放大器與一第二電耦合器輸入端連接，所述第二電耦合器一輸出端與所述相位調(diào)制器的驅(qū)動端連接，另一輸出端作為微波信號輸出端。

進一步的，所述非線性光纖為高非線性光纖。

進一步的，所述信號光源輸出端經(jīng)一隔離器與所述相位調(diào)制器的輸入端連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為：

1.通過調(diào)節(jié)泵浦激光器的波長和可調(diào)濾波器的帶寬即可實現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)諧，調(diào)諧范圍只受到電光調(diào)制器、光電探測器以及電放大器帶寬的限制；

2.調(diào)諧步進取決于泵浦激光器頻率的調(diào)諧步進，以現(xiàn)有可調(diào)諧激光器的技術(shù)，可以達到MHz量級的頻率調(diào)諧步進；

3.通過雙環(huán)結(jié)構(gòu)的配置，使得基于受激布里淵散射的光電混合振蕩器的頻率穩(wěn)定性得到提高。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的光電混合振蕩器的原理圖；

圖2為本發(fā)明方案原理圖；

圖3為本發(fā)明方案各節(jié)點光譜示意圖；其中，

(a)信號激光器輸出單一頻率連續(xù)光的光譜，即A點光譜；

(b)經(jīng)相位調(diào)制器小信號調(diào)制之后的光譜，即B點光譜；

(c)相位調(diào)制器輸出光譜的上邊帶落在衰減譜中心時的光譜，即C點光譜；

(d)濾除斯托克斯光波之后的光譜，即D點光譜。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方案進行進一步詳細描述。

本發(fā)明的方案原理如圖2所示。信號激光器的輸出單一頻率的光經(jīng)過隔離器并被相位調(diào)制器調(diào)制之后，在光載波附近形成上下對稱光邊帶，對稱光邊帶的幅度相等，相位相差180度。相位調(diào)制之后的光注入到高非線性光纖中。泵浦激光器通過偏振控制器輸出偏振保持的連續(xù)波激光注入到環(huán)形器的1端口。經(jīng)過環(huán)形器的作用之后，泵浦激光從2端口輸出并相對于信號激光器反方向注入到高非線性光纖中。反向注入的泵浦光的波長大于信號激光器的波 長，且信號激光器輸出光的頻率至少比泵浦光的頻率大高非線性光纖的斯托克斯頻移的頻率值。泵浦光的功率高于高非線性光纖中受激布里淵散射的閾值之后，將會在高非線性光纖中發(fā)生受激布里淵散射。受激布里淵散射導(dǎo)致斯托克斯光和一個幾十MHz帶寬的阻帶濾波譜的產(chǎn)生。斯托克斯光的頻率比泵浦光的頻率小，阻帶濾波譜的中心頻率比泵浦光的頻率大。當(dāng)環(huán)路沒有形成振蕩時，相位調(diào)制器的驅(qū)動端只存在寬頻帶的噪聲。寬帶噪聲對信號激光器輸出的連續(xù)光相位調(diào)制之后將會行成圍繞在信號光頻率附近的寬頻帶光邊帶，只有相位調(diào)制輸出光的光邊帶落在阻帶濾波譜的中心時，將會行成一個強度調(diào)制光。強度調(diào)制光將在光電探測器中拍出微波電信號通過光環(huán)形器的3端口輸出。強度調(diào)制光經(jīng)過一個耦合器之后分成兩路，一路經(jīng)過光濾波器將斯托克斯波濾除，另一路送入光譜儀進行觀測。濾除斯托克斯波之后的光進入一個耦合器分成兩束，兩束光分別進入由單模光纖和光電探測器構(gòu)成的兩條鏈路中。兩個光電探測器輸出的電信號通過電耦合器合波之后被低噪聲放大器和功率放大器放大。放大之后的電信號被反饋回相位調(diào)制器的射頻驅(qū)動端口構(gòu)成振蕩器的閉合回路。調(diào)整低噪聲放大器和功率放大器的增益使得開環(huán)鏈路(定向耦合器處斷開)電信號增益大于1時，閉合環(huán)路中將會有信號起振。起振信號的頻率等于信號光的頻率與衰減譜中心頻率之差。通過改變泵浦光的波長，可以實現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)諧。振蕩頻率的調(diào)諧范圍只受限于環(huán)路器件的帶寬，理論上可以實現(xiàn)頻率的寬調(diào)諧。由于環(huán)路中不引入額外的自發(fā)輻射噪聲，從而可以實現(xiàn)振蕩信號的低相位噪聲。此外，本方案中的寬調(diào)諧只需要單環(huán)路光纖即可實現(xiàn)，使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)的目的是可以大大改善頻率的穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)圖2中各點的光譜示意圖如圖3所示。信號激光器輸出單一頻率連續(xù)光的光譜如圖3(a)所示。經(jīng)過相位調(diào)制器小信號調(diào)制之后的光譜如圖3(b)所示，光譜具有上下對稱邊帶，且上下對稱邊帶的相位差為180°。反向泵浦光在高非線性光纖中將產(chǎn)生以泵浦光頻率為中心對稱的增益譜和衰減譜，當(dāng)相位調(diào)制器輸出光譜的上邊帶落在衰減譜中心時，上邊帶會發(fā)生功率的衰減。此時上下邊帶在幅度上發(fā)生了明顯的不對稱，如圖3(c)所示。為了只保留載波和上下邊帶，需要一個光濾波器濾除斯托克斯波。濾除斯托克斯光波之后的光譜如圖3(d)所示。