一种宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法

文档序号:7058192阅读:239来源:国知局
专利名称:一种宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法
技术领域
本发明涉及光通信和微波/毫米波技术中微波光子领域,具体涉及频率可调谐光微波信号产生的光电振荡器。
背景技术
近20多年来在微波光子技术长足发展条件下,由于光电振荡器(OEO)能够同时产生高质量的高频光微波信号而引起了广泛的关注,相当数量的国内外研究机构和科研人员在从事OEO或者与之相关的研究,OEO以其鲜明的特点得到令人瞩目的发展。
国际上最早的OEO结构由Neyer和Voges在1982年提出,利用输出端光信号反馈控制电光调制器的这种环形结构来实现振荡器。X. Yao在1994年提出的结构创建了 OEO发展的主流系统框架,它由低噪声光源,电光调制器,光纤,光电探测器,射频放大器,射频微波滤波器构成光电混合结构的振荡环路实现自注入锁定,并且X. Yao在1996年对该结构做了详细系统分析,结合实验结果建立了完整的理论分析,阐释了 OEO环路各个独立部分的功能。后来研究人员采用对温度敏感性差的光子晶体光纤(PCF)代替普通SMF构成系统链路;双环长光纤选模型OEO能够有效地抑制单环选模OEO的边模噪声,长光纤能够提供储能介质,提高信号的Q值,目前报道的多环路结构有这样几种光电混合环路的双环路结构、 光电独立的双环路结构、光域分、合路的双环路结构。
以上的方法基本上是一种将连续光能量转换成为高频振荡的周期信号的装置,更多关注的是如何利用光学技术实现储能、滤波,最终得到高质量的微波信号,很少考虑到基于OEO结构产生任意频率的光微波,并且实现OEO产生光微波频率的可调谐性。发明内容
本发明目的是解决目前光电振荡器所产生的光微波可调谐性差、产生高频微波信号的频率受限等问题,提供一种宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法,实现真正意义上的产生任意频率产生且频率可调谐的光电振荡器。
本发明提供的基于注入锁定技术的宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法,该方法包括
第一、首先构建一个稳定的双环路低频光电振荡器;
第二、将外部的连续光注入到光电振荡器中,在光电振荡器的核心部件直调激光器内实现注入锁定,完成光微波的上变频过程,产生高频的光微波信号;
第三、通过同时调整外部的连续光的波长、光功率和偏振态来实现光电振荡器的可调谐性,从而产生所需频率的光微波信号。
第一步所构建的双环路低频光电振荡器包括,直调激光器、偏振控制器、光环形器、激光器、光放大器、光耦合器、偏振分束器、第一光纤、第二光纤、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、光电探测器、电功分器、微波滤波器和微波放大器;直调激光器经过偏振控制器连接光环形器的第二端口 b,用于外部注入连续光的激光器连接光环形器的第一端口 a,光环形器的第三端口 c经过光放大器连接光耦合器输入端,光耦合器的输出分成两路,一路作为光信号输出,另一路连接偏振分束器,偏振分束器的输出分成两路,一路依次经第一光纤和第一偏振控制器连接偏振合束器,另一路依次经第二光纤和第二偏振控制器连接偏振合束器,偏振合束器输出经光电探测器连接电功分器,电功分器的输出分成两路,一路作为电信号输出,另一路依次经微波滤波器和微波放大器反馈连接直调激光器。
所述的用于外部注入连续光的激光器产生的连续光注入到直调激光器中,通过注入锁定技术产生高频载波,通过同时调整连续光的波长、光功率和偏振态来实现倍频技术的调谐性,从而产生所需频率的微波信号。
本发明的优点和有益效果
1、本发明方案中构成光电振荡器的光微波频率可以很低,且无需微波本振。2、产生的光微波信号由于采用注入锁定技术,因此产生的光微波频率不受限制。3、新产生光微波信号的频率的产生和可调谐性操作方法简单。


图1为本发明光电振荡器总体结构示意图2为本发明中注入锁定及可调谐方法工作原理示意图,a为OEO稳定振荡后存在的模式图,b为注入锁定后的模式图。
图中,1直调激光器,2偏振控制器,3光环形器,4激光器,5光放大器,6光耦合器, 7偏振分束器,8第一光纤,9第二光纤,10第一偏振控制器,11第二偏振控制器,12偏振合束器,13光电探测器,14电功分器,15微波滤波器,16微波放大器。
下面结合附图对基于注入锁定技术的宽带频率可调谐光电振荡器进行详细说明。
具体实施方式
实施例1
本发明提供的基于注入锁定技术的宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法,该方法包括
第一、首先构建一个稳定的双环路低频光电振荡器;
第二、将外部的连续光注入到光电振荡器中,在光电振荡器的核心部件直调激光器内实现注入锁定,完成光微波的上变频过程,产生高频的光微波信号;
第三、通过调整外部的连续光的波长、光功率和偏振态来实现光电振荡器的可调谐性,从而产生所需频率的光微波信号。
本发明第一步所构建的双环路低频光电振荡器如图1所示,该光电振荡器包括, 直调激光器1、偏振控制器2、光环形器3、激光器4、光放大器5、光耦合器6、偏振分束器7、 第一光纤8、第二光纤9、第一偏振控制器10、第二偏振控制器11、偏振合束器12、光电探测器13、电功分器14、微波滤波器15和微波放大器16,该光电振荡器的具体连接关系及工作过程如下
直调激光器1经过偏振控制器2连接光环形器3的第二端口 b,用于外部注入连续光的激光器4连接光环形器3的第一端口 a,光环形器3的第三端口 c经过光放大器5连接光耦合器6的输入端,光耦合器6的输出分成两路,一路作为光信号输出,另一路连接偏振分束器7,偏振分束器的输出分成两路,一路依次经第一光纤8和第一偏振控制器10连接偏振合束器12,另一路依次经第二光纤9和第二偏振控制器11连接偏振合束器12,偏振合束器12的输出经光电探测器13连接电功分器14,电功分器14的输出分成两路,一路作为电信号输出,另一路依次经微波滤波器15和微波放大器16反馈连接直调激光器1。
所述的用于外部注入连续光的激光器4产生的连续光注入到直调激光器1中,通过注入锁定技术产生高频载波,通过调整连续光的波长、光功率和偏振态来实现倍频技术的调谐性,从而产生所需频率的微波信号。
首先由直调激光器1输出连续光信号,在构成回路的光电振荡器稳定起振后,直调激光器1产生调制的光脉冲信号,然后将外部激光器4产生的连续光经过光环形器3和偏振控制器2注入到直调激光器1,在直调激光器1中对起振后的低频光信号进行倍频以后便会在光电振荡器的光路反馈部分存在高频光信号,在光耦合器6的光信号输出端得到高频光信号,在电功分器14的电信号输出端得到高频电信号,如图1所示。
注入锁定及可调谐方法见图2所示
按照图1所示的闭合结构,当OEO稳定振荡以后,在闭合回路中不仅存在较强且稳定的低频振荡分量,同时还存在较弱的不同高频分量,如图2-a。当外部连续光注入到直调激光器后,外部光注入半导体激光器(SLD)的系统构成一个非线性动力学系统(NDS),这是由于外部注入光的引入SLD谐振腔中的光子密度的改变,从而根据耦合模式的速率方程建模可知,被改变的光子密度引起腔内的载流子密度变化,而载流子密度的变化又会反过来引起光子密度的进一步改变,从而引起SLD输出光场的改变,这是由于注入光导致的一个动态变化的体系,是由注入光的参数控制的一个动力学系统。随着注入光场强度或者光频率的不同,输出光场的变化分别呈现一周期态、二周期态、多周期态和混沌态。在本发明中正是基于一周期态实现注入锁定。注入光首先锁定直调激光器内对应注入光频率处的模式并激起模式振荡。刚开始时此振荡模式只占直调激光器自由运转模式的一小部分,随着直调激光器电流的变化此模式处的增益越来越强,损耗逐渐减小,在竞争过程中逐渐占主导地位,竞争结果是此模式在谐振腔内建立起稳定的振荡,直调激光器自由运转的模式则被完全抑制,实现了注入锁定。从而直调激光器至少有一个模式被锁定,且该模式对应于某一高频分量,且有一定的量化关系,因此该高频分量被放大,而其它频率分量被抑制,如图 2-b。
为了使注入锁定达到最优效果,功率得到最大放大,连续光的偏振态与直调激光器的偏振态必须一致,这样可以最大化的减少能量损失,实现最佳化注入锁定。美国 NewMexico大学高技术材料中心的Luke F. Lester教授课题组在报道量子点FP-LD的Pl 振荡效应的时候给出了振荡频率f;的计算表达式,并通过理论计算和实验测试予以了证明。公式iV=Q/+;7Q2+A&-G(;7。aSin代中的Ω^表示Pl振荡的角频率,对应于fr, Ω&描述了 LD自由振荡态的豫驰振荡频率,%,表示单位时间内注入到腔内的强度比,Ys,Yth, Yp分别表示自发辐射豫驰振荡速率,增益区平移量(Yth =2 η Wosetl,单位/GHz),非线性载流子豫驰振荡速率,α为线宽增强因子,Qtl为主、从激光器的相位偏差(与频率失谐量有关)。k。是耦合系数,描述外注入光功率到LD内光功率的比例,c/ng, L,R分别表示群速度,激光器腔长,LD腔反射率;Pmaster代表从透镜光纤到从LD腔面的功率。因此调整连续光的偏振态和光功率可以改变注入锁定的效果。另外调整连续光的波长可以决定注入锁定的模式从而控制注入锁定的信号频率。在实现OEO的频率可调谐性上,需要同时调整连续光的波长、光功率和波长,以达到最佳的频率选择。
权利要求
1.一种宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法,其特征在于该方法包括第一、首先构建一个稳定的双环路低频光电振荡器;第二、将外部的连续光注入到光电振荡器中,在光电振荡器的核心部件直调激光器内实现注入锁定,完成光微波的上变频过程,产生高频的光微波信号;第三、通过同时调整外部的连续光的波长、光功率和偏振态来实现光电振荡器的可调谐性,从而产生所需频率的光微波信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于第一步所构建的双环路低频光电振荡器包括,直调激光器、偏振控制器、光环形器、激光器、光放大器、光耦合器、偏振分束器、第一光纤、第二光纤、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振合束器、光电探测器、电功分器、微波滤波器和微波放大器;直调激光器经过偏振控制器连接光环形器的第二端口(b),用于外部注入连续光的激光器连接光环形器的第一端口(a),光环形器的第三端口(c)经过光放大器连接光耦合器输入端,光耦合器的输出分成两路,一路作为光信号输出,另一路连接偏振分束器,偏振分束器的输出分成两路,一路依次经第一光纤和第一偏振控制器连接偏振合束器,另一路依次经第二光纤和第二偏振控制器连接偏振合束器,偏振合束器输出经光电探测器连接电功分器,电功分器的输出分成两路,一路作为电信号输出,另一路依次经微波滤波器和微波放大器反馈连接直调激光器。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述的用于外部注入连续光的激光器产生的连续光注入到直调激光器中,通过注入锁定技术产生高频载波,通过同时调整连续光的波长、光功率和偏振态来实现倍频技术的调谐性,从而产生所需频率的微波信号。
全文摘要
一种宽带频率可调谐的光微波信号的产生方法。该方法包括稳定的双环路低频光电振荡器的构建;将外部的连续光注入到光电振荡器中,在光电振荡器的核心部件直调激光器内实现注入锁定,完成光微波的上变频过程,产生高频的光微波信号;通过调整外部的连续光的波长、光功率和偏振态来实现光电振荡器的可调谐性,从而产生所需频率的光微波信号。本发明利用外部的连续光注入到光电振荡器中的直调激光器后锁定高阶模式产生上变频后的光载波,从而产生高质量的光时钟脉冲。本发明方法采用较低频率的电信号基于注入锁定技术可以产生任意高频率的光微波信号,只需控制注入连续光的波长、偏振态和光功率即可实现微波频率的调谐性。
文档编号H01S5/40GK102545042SQ20121003996
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者史建华, 杨成全, 石云龙, 韩丙辰 申请人:山西大同大学
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