专利名称：一种产生多频率高频微波信号源的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电子及微波光子学领域，尤其是涉及一种产生多频率高频微 波信号源的方法及装置。
背景技术：
近年来，随着数据、语音、视频和多媒体等形式的信息迅速增长，通信系 统带宽的提高己经十分迫切。在无线通信系统中，为了获得更高的数据传输速 率， 一个有效方法是提高无线载波的工作频率。目前大多数无线通信业务的工
作频率都集中在5GHz以下，如果采用高频微波信号作为载波，系统容量将得到 大大提升。另一方面，随着光纤无线通信(Radio-over-Fiber,RoF)技术的不断发展 和趋向成熟，波分复用和副载波复用也成为扩展系统容量的重要选择，特别是 将高频微波和副载波复用技术相结合，代表了未来光纤无线通信系统的发展方 向。在这样的系统中，多频率微波信号源是实现副载波复用的基本组成部分之
由于电子瓶颈的限制，电学方法产生的微波信号频率很难提升。相比之下， 光学方法在频率上不受限制，成为一条产生高频微波信号的重要途径。利用光 纤中的受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)效应，可以很容易实 现一个微波波段的频移，进而通过光学拍频方法获得高频微波。如果在拍频之 前通过强度调制产生出多个不同波长的光学边带，通过频率就可以实现多频率 微波信号产生，满足副载波复用光纤无线通信系统的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生多频率高频微波信号源的方法及装置。
本发明采用的技术方案是
一、 一种产生多频率高频微波信号源的方法
利用光纤中的受激布里渊散射结合光载波的强度调制，通过光纤中的四波 混频效应实现光学边带的均衡和稳定，然后将斯托克斯光和光载波调制产生的 光学边带进行光学拍频产生多频率微波信号。
将一束光分成两部分， 一部分作为受激布里渊散射的泵浦光在光纤中产生 具有一定频移的斯托克斯光，引起的频移量由光纤的斯托克斯频移及所用的频 移级次决定；另一部分光波经过强度调制，在低频微波的驱动下产生多级次的光学边带，各个光学边带通过高非线性介质中的四波混频进行能量的均衡和稳 定，然后将两部分合并起来通过光学拍频即可产生多频率高频微波信号。产生 微波信号的中心频率由斯托克斯光相对于光载波的频移量所决定，通过改变驱 动微波的频率可以方便地调节多频率微波的频率间隔。 二、 一种产生多频率高频微波信号源的装置
激光器产生的光波经第一光放大器通过第一耦合器/分束器后分成两路，一 路作为泵浦光入射到布里渊频移模块中产生具有频移的斯托克斯光；另一路光 波经过低频信号源驱动的强度调制器、第二光放大器、高非线性光纤，两路光 接入第二耦合器/分束器后，在光电探测器上发生光学拍频，产生多频率高频微 波信号。
所述的利用光纤受激布里渊散射产生高频微波信号方法的装置，其特征在 于所述的布里渊频移模块包括三端口环行器和光纤；环行器的输入端口 a接 第一耦合器/分束器的输出端，端口b接光纤，输出端口c接第二耦合器/分束器 的输入端。
所述的布里渊频移模块包括四端口环行器和光纤，环行器的输入端口 a接 第一耦合器/分束器3的输出端，端口b和c之间接光纤，输出端口d接第二耦 合器/分束器的输入端。
本发明具有的有益效果是
采用全光方案，可以突破电子瓶颈的限制，易于实现高频微波信号的产生； 利用光纤中的受激布里渊散射结合光载波的强度调制以及光纤四波混频的均衡 和稳定效应，可以方便地实现多频率高频微波，其中心频率由布里渊频移决定， 频率间隔可以通过驱动微波频率自由调节，满足副载波复用无线通信等应用的
需要。
图1是多频率高频微波信号源产生的装置图。 图2是一次及二次布里渊频移模块的一种实现方法的结构示意图。 图3是原始的激光器输出光谱、强度调制后的输出光谱、四波混频后的输 出光谱对比图。
图4是分别采用一次以及二次布里渊频移模块得到的合并后的光谱图。 图5是采用一次布里渊频移模块时驱动微波频率分别为1 GHz和500 MHz 产生的多频率微波信号频谱图。
图6是采用二次布里渊频移模块时驱动微波频率分别为1 GHz和500 MHz产生的多频率微波信号频谱图。
图中l.激光器，2.光放大器，3.耦合器/分束器，4.低频微波信号源，5.强 度调制器，6.高非线性光纤，7.光电探测器，8.布里渊频移模块，9.光纤，10.环行器。
具体实施例方式
利用光纤受激布里渊散射产生高频微波信号的装置如图1所示，激光器1
产生的光波经第一光放大器2通过第一耦合器/分束器3后分成两路
一路作为泵浦光入射到布里渊频移模块8中发生受激布里渊散射，产生具 有一定频移的斯托克斯光，该模块输出的斯托克斯光和原始的光载波之间的频 移量由光纤的布里渊频移及所用的布里渊级次决定。 一种产生一次布里渊频移 的模块结构如图2(a)所示，包括三端口环行器10和光纤9，环行器10的输入端 口a接第一耦合器/分束器3的输出端，端口b接光纤9，输出端口c接第二耦合 器/分束器3的输入端。从第一耦合器/分束器3输出端入射的光载波作为泵浦光， 在光纤中发生受激布里渊散射产生一级斯托克斯光，由于斯托克斯光是后向传 播的，所以产生的一次斯托克斯光经环行器从端口 c输出，该斯托克斯光和光 载波之间的频率差为一次布里渊频移。
一种产生二次布里渊频移的模块结构如图2(b)所示，包括四端口环行器10 和光纤9，环行器10的输入端口a接第一耦合器/分束器3的输出端，端口b和 c之间接光纤9，输出端口 d接第二耦合器/分束器3的输入端。入射的光载波产 生的一次斯托克斯光被约束在环形结构内，继续作为泵浦光激发二次斯托克斯 光，产生的二级斯托克斯光由输出端口输出，因而该结构可以产生二次布里渊 频移。
另一路光波经过低频微波信号源4驱动的强度调制器5、第二光放大器2、 高非线性光纤6,然后与第一路光经第二耦合器/分束器3合并后，在光电探测 器7上发生光学拍频，产生多频率高频微波信号。在强度调制器5中光载波受 到低频驱动微波4的调制产生多级的光学边带，光学边带之间的频率间隔与驱 动微波的频率相等。光学边带产生后在高非线性光纤中发生四波混频效应，能 量在强弱不同的光学边带之间相互交换，从而形成均衡而稳定的多波长光波输 出。将两部分通过耦合器合并后发生光学拍频，每个光学边带和斯托克斯光之 间都会产生一个微波，从而实现多频率微波信号的光学产生。
实施例1:
高非线性光纤中四波混频的作用可以通过图3加以说明。图3(a)是激光器产生的光载波在进入强度调制器之前的光谱图。在强度调制器上施加频率为8 GHz 的微波驱动信号，光载波的两侧将产生多级次的光学边带，如图3(b)所示。但是， 直接调制产生的光学边带数目有限，而且各个边带之间强度相差较大，这将影 响拍频产生的微波信号频率数和强度均衡性。将调制后的光载波入射到高非线 性光纤发生四波混频，通过该效应使得各个光学边带之间充分进行能量交换， 从而增加了输出的光波数目，并且减小了各个光波之间的强度差别，混频后的 光谱如图3(c)所示。 实施例2:
采用图2(a)所示的一级布里渊频移模块，将激光器输出的波长为1555.4 nm 的激光作为入射光，该光波经过调制、四波混频后与在布里渊频移模块中产生 的一级斯托克斯光的合并光谱如图4(a)所示，两个峰值之间的频率差为11.8 GHz。将它们入射到光电探测器上发生光学拍频，得到的多频率微波信号频谱如 图5所示，其中心频率为11.8 GHz。图5(a)中所用的驱动信号频率为1 GHz，图 5(b)中所用的驱动信号频率为500MHz，多频率微波信号的频率间隔与驱动微波 信号频率相同，分别为1 GHz和500 MHz。
实施例3:
采用图2(b)所示的二级布里渊频移模块，将激光器输出的波长为1555.4 nm 的激光作为入射光，该光波经过调制、四波混频后与在布里渊频移模块中产生 的一级斯托克斯光的合并光谱如图4(b)所示，两个峰值之间的频率差为21.6 GHz。将它们入射到光电探测器上发生光学拍频，得到的多频率微波信号频谱如 图6所示，其中心频率为21.6 GHz。图6(a)中所用的驱动信号频率为1 GHz,图 6(b)中所用的驱动信号频率为500MHz，多频率微波信号的频率间隔与驱动微波 信号频率相同，分别为1 GHz和500 MHz。
在本发明中，激光器、光放大器、耦合器/分束器、低频微波信号源、强度 调制器、高非线性光纤、光电探测器、布里渊频移模块、光纤和环行器均可选 用各种商业化元器件。光纤可采用各种规格的商用光纤，如标准单模光纤、色 散位移光纤、微结构光纤等。
权利要求
1. 一种产生多频率高频微波信号源的方法，其特征在于利用光纤中的受激布里渊散射结合光载波的强度调制，通过光纤中的四波混频效应实现光学边带的均衡和稳定，然后将斯托克斯光和光载波调制产生的光学边带进行光学拍频产生多频率微波信号。
2. 根据权利要求1所述的一种产生多频率高频微波信号源的方法，其特征 在于将一束光分成两部分， 一部分作为受激布里渊散射的泵浦光在光纤中产 生具有一定频移的斯托克斯光，引起的频移量由光纤的斯托克斯频移及所用的 频移级次决定；另一部分光波经过强度调制，在低频微波的驱动下产生多级次 的光学边带，各个光学边带通过高非线性介质中的四波混频进行能量的均衡和 稳定，然后将两部分合并起来通过光学拍频即可产生多频率高频微波信号。产 生微波信号的中心频率由斯托克斯光相对于光载波的频移量所决定，通过改变 驱动微波的频率可以方便地调节多频率微波的频率间隔。
3. 用于权利要求1所述的利用光纤受激布里渊散射产生高频微波信号方法 的装置，其特征在于激光器(1)产生的光波经第一光放大器(2)通过第一耦合器/ 分束器(3)后分成两路， 一路作为泵浦光入射到布里渊频移模块(8)中产生具有频 移的斯托克斯光；另一路光波经过低频信号源(4)驱动的强度调制器(5)、第二光 放大器(2)、高非线性光纤(6)，两路光接入第二耦合器/分束器(3)后，在光电探测 器(7)上发生光学拍频，产生多频率高频微波信号。
4. 根据权利要求1所述的利用光纤受激布里渊散射产生高频微波信号方法 的装置，其特征在于所述的布里渊频移模块(8)包括三端口环行器(10)和光纤 (9)，环行器(10)的输入端口 a接第一耦合器/分束器(3)的输出端，端口b接光纤 (9)，输出端口c接第二耦合器/分束器(3)的输入端。
5. 根据权利要求1所述的利用光纤受激布里渊散射产生高频微波信号方法 的装置，其特征在于所述的布里渊频移模块(8)包括四端口环行器(10)和光纤 (9)，环行器(10)的输入端口 a接第一耦合器/分束器(3)的输出端，端口 b和c之 间接光纤(9)，输出端口 d接第二耦合器/分束器(3)的输入端。
全文摘要
本发明公开了一种产生多频率高频微波信号源的方法及装置。激光器产生的光波经第一光放大器通过第一耦合器/分束器后分成两路，一路作为泵浦光入射到布里渊频移模块中产生具有频移的斯托克斯光；另一路光波经过强度调制器、第二光放大器、高非线性光纤，两路光接入第二耦合器/分束器后，在光电探测器上发生光学拍频，产生多频率高频微波信号。采用全光方案，可以突破电子瓶颈的限制，易于实现高频微波信号的产生；利用光纤中的受激布里渊散射结合光载波的强度调制以及光纤四波混频的均衡和稳定效应，可以方便地实现多频率高频微波，其中心频率由布里渊频移量决定，频率间隔可以通过驱动微波频率自由调节，满足副载波复用无线通信等应用的需要。
文档编号H04B10/152GK101483483SQ200910095318
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者莹 高, 高士明 申请人:浙江大学