专利名称：电调谐低相位噪声光生微波源的制作方法
技术领域：
本发明属于微波光子学领域，更具体的说是利用正交单纵模双波长分布反馈光纤
激光器产生低相位噪声、窄线宽、可调谐微波源。
背景技术：
光载无线通信(RoF)系统，无线传感网络，卫星通信系统，相控阵微波雷达、都需
要高频、窄线宽、低相位噪声可调谐的微波源。但是基于电子学方法产生的微波源由于受到
元器件性能的限制，很难产生高频、低成本、高稳定性的微波。基于拍频效应的光生微波方
法由于可产生高频、窄带宽、低相位噪声微波信号源近几年受到了高度重视。
光生微波的方法主要分为以下三类(l)分立锁相光生微波法，由不同光源发射
的两束不同频率的激光，入射到光电探测器上，基于差频效应，产生了频率等于两束激光频
率差的微波。但是由于两束激光具有随机相位，因此为降低相位噪声，产生稳定微波源，必
须利用锁相环或注入锁定的方式锁定激光的相位，从而大大的增加了系统的复杂性和成
本。(2)外调制光生微波法，一束激光经过外调制产生边带(强度调制或相位调制)，利用边
带的差频效应可以得到基频偶数倍的高频微波，由于这方法利用同一束激光边带拍频产生
微波，边带之间具有频率相干性，不需要相位锁定，但需要高质量的参考微波信号。(3)单纵
模双波长光生微波法，在同一个谐振腔内同时产生两个纵模，利用双纵模的拍频产生微波，
由于两个纵模利用了相同的谐振腔，因此其相位一致，无需锁定。此方法简单，但如果利用
半导体激光产生微波不但插入损耗高，而且不易与ITU-T波长对准。 综上所述，如何实现可调谐、低相位噪声、窄线宽、低插入损耗的光生高频微波源 是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电调谐低相位噪声光生微波源，其可解决微波源频 率低、相位噪声高、线宽宽、不易调谐问题。 本发明提供一种电调谐低相位噪声光生微波源，包括
—泵浦源； —波分复用器，该波分复用器的第一端口与泵浦源连接； —有源光纤Bragg相移光栅，该有源光纤Bragg相移光栅的一端与波分复用器的 第二个端口连接； —吸收液，所述有源光纤Bragg相移光栅的另一端浸入该吸收液中；
—电调谐装置，将所述有源光纤Bragg相移光栅放置于该电调谐装置中；
—偏振控制器，其一端与波分复用器的第三个端口连接；
—光电探测器，该光电探测器与偏振控制器的另一端连接。 其中泵浦源是中心波长为980nm的半导体激光器，或者是中心波长为1480nm的半 导体激光器。
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其中有源光纤Bragg相移光栅写在了载氢的掺铒光敏光纤上，或者写制在掺镱、 掺钬、掺铥、或者是铒镱共掺的光敏光纤上。 其中电调谐装置利用压电陶瓷来制作，或者利用步进电机制作。 其中偏振控制器是光纤的，或者是保偏光纤，或者是自由空间的检偏器。 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 单纵模双波激光是简并的正交模式，利用了相同的掺铒光纤作为增益介质，在相 同的谐振腔内实现了谐振，从而大幅度降低了微波信号的相位噪声。
利用单纵模激光进行拍频，大幅度降低了微波信号的线宽。
利用调节压电陶瓷的驱动电压，实现了微波信号的电可调谐。 实现了光纤化的微波信号源，大幅度降低了插入损耗，更有利于实现与RoF等系 统的集成。
为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实例及附图对本发明做进一步的 说明，其中 图1是电调谐低相位噪声光生微波源结构框图； 图2是相移掺铒光纤光栅光谱示意图； 图3是电调谐装置示意图； 图4是双折射相移光栅光谱与偏振示意图； 图5是输出单纵模双波长激光光谱及其偏振态； 图6是正交偏振双波长激光在由偏振控制器所形成光纤慢轴上的投影示意图。
具体实施例方式
如图1所示，一种电调谐低相位噪声光生微波源，包括 —泵浦源l，泵浦源1是中心波长为980nm的半导体激光器，或者是中心波长为 1480nm的半导体激光器； —波分复用器2，该波分复用器2的第一端口与泵浦源1连接； —有源光纤Bragg相移光栅3，该有源光纤Bragg相移光栅3的一端与波分复用
器2的第二个端口连接。有源光纤Bragg相移光栅3写在了载氢的掺铒光敏光纤上，其写
制过程如下掺铒光纤先通过载氢增强其光敏性，然后利用紫外曝光法写制，其光谱示意图
如图2所示；或者不是写在掺铒光敏光纤上，而是写制在掺镱，掺钬、掺铥、或者是铒镱共掺
的光敏光纤上。 —吸收液4，所述有源光纤Bragg相移光栅3的另一端浸入该吸收液4中；
—电调谐装置5，该电调谐装置5可以利用压电陶瓷来制作，如图3所示，将有源光 纤Bragg相移光栅3和一段参考光纤平行侧向粘贴于无机硬框架内的内侧，压电陶瓷与平 板固定在无机硬框架内并与有源光纤Bragg相移光栅3紧挨在一起，当注入驱动电流控制 压电陶瓷伸长时，有源光纤Bragg相移光栅3受到一个侧向的压力，产生双折射效应，由于 双折射有源光纤Bragg相移光栅3长短轴的有效折射率发生了变化，而周期没变，因此正交 简并的模式所对应的波长会发生漂移，其光谱图和偏振态示意图如图4所示。因此双折射
4的掺铒相移布拉格光纤光栅在泵浦光的抽运下，会产生两个正交的单模双波长激光，其光
谱图和偏振态如图5所示。电调谐装置中的压电陶瓷或者利用步进电机代替； —偏振控制器6，该偏振控制器是用光纤制成的，其一端与波分复用器的第三个端
口连接，或者直接是用保偏光纤代替，或者用自由空间的检偏器代替；调谐偏振控制器6，
使光纤偏振的方向与由波分复用器2分离出来的单纵模双波长正交激光成45°角，从而两
正交偏振激光在光纤慢轴上具有相同的振动分量，其振动投影示意图如图6所示。 —光电探测器7，该光电探测器与偏振控制器6的另一端连接。光电探测器7接收
到具有相同振动分量的单纵模双波长激光，拍频产生微波信号。 本发明的框图结构如图1所示，泵浦源1发出的泵浦光经过波分复用器2耦合到 有源光纤Bragg相移光栅3中，有源光纤Bragg相移光栅3的写制过程如下掺铒光纤先通 过载氢增强其光敏性，然后利用紫外曝光法写制，其光谱示意图如图2所示。电调谐装置示 意图如图3所示，将有源光纤Bragg相移光栅3侧向粘贴于无机硬框架内侧，同时在无机硬 框架顶部与掺铒相移光纤光栅3平行粘贴一段参考光纤，压电陶瓷与平板固定在无机硬框 架内并与有源光纤Bragg相移光栅3紧挨在一起，当注入驱动电流控制压电陶瓷伸长时，有 源光纤Bragg相移光栅3受到一个侧向的压力，产生双折射效应，由于双折射掺铒光纤相移 光栅长短轴的有效折射率发生了变化，而周期没变，因此正交简并的模式所对应的波长会 发生漂移，其光谱图和偏振态示意图如图4所示。因此双折射的掺铒相移布拉格光纤光栅 在泵浦光的抽运下，会产生两个正交的单模双波长激光，其光谱图和偏振态如图5所示。
调谐偏振控制器6，使光纤偏振的方向与由波分复用器2分离出来的单纵模双波 长激光正交激光成45。角，从而两正交偏振光在光纤慢轴上具有相同的振动分量，其振动 投影示意图如图6所示。光电探测器7接收到具有相同振动分量的单纵模双波长激光，拍 频产生微波信号。通过调节压电陶瓷的驱动电压，改变了其伸縮量，也就是改变了加载在偏 振相移光栅上的压力，从而改变了光栅双折射的大小，进而实现了单纵模双波长激光波长 差的调谐，最终达到了对微波信号频率的调谐。此外，由于激光是双向的，因此为了避免激 光对外界和激光器本身的损害，在相移超结构光纤光栅的另一侧用吸收液4对激光和残余 泵浦光进行吸收。 由于本发明利用了相同的掺铒光纤作为增益介质，在相同的谐振腔内实现了谐
振，从而大幅度降低了微波信号的相位噪声；由于利用单纵模激光进行拍频，大幅度降低了
微波信号的线宽；利用调节压电陶瓷的驱动电压，实现了微波信号的电可调谐；实现了光
纤化的微波信号源，大幅度降低了插入损耗，更有利于实现与RoF等系统的集成。 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡
在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保
护范围之内。
权利要求
一种电调谐低相位噪声光生微波源，包括一泵浦源；一波分复用器，该波分复用器的第一端口与泵浦源连接；一有源光纤Bragg相移光栅，该有源光纤Bragg相移光栅的一端与波分复用器的第二个端口连接；一吸收液，所述有源光纤Bragg相移光栅的另一端浸入该吸收液中；一电调谐装置，将所述有源光纤Bragg相移光栅放置于该电调谐装置中；一偏振控制器，其一端与波分复用器的第三个端口连接；一光电探测器，该光电探测器与偏振控制器的另一端连接。
2. 根据权利要求1所述的电调谐低相位噪声光生微波源，其中泵浦源是中心波长为 980nm的半导体激光器，或者是中心波长为1480nm的半导体激光器。
3. 根据权利要求l所述的电调谐低相位噪声光生微波源，其中有源光纤Bragg相移光 栅写在了载氢的掺铒光敏光纤上，或者写制在掺镱、掺钬、掺铥、或者是铒镱共掺的光敏光 纤上。
4. 根据权利要求1所述的电调谐低相位噪声光生微波源，其中电调谐装置利用压电陶 瓷来制作，或者利用步进电机制作。
5. 根据权利要求1所述的电调谐低相位噪声光生微波源，其中偏振控制器是光纤的， 或者是保偏光纤，或者是自由空间的检偏器。
全文摘要
一种电调谐低相位噪声光生微波源，包括一泵浦源；一波分复用器，该波分复用器的第一端口与泵浦源连接；一有源光纤Bragg相移光栅，该有源光纤Bragg相移光栅的一端与波分复用器的第二个端口连接；一吸收液，所述有源光纤Bragg相移光栅的另一端浸入该吸收液中；一电调谐装置，将所述有源光纤Bragg相移光栅放置于该电调谐装置中；一偏振控制器，其一端与波分复用器的第三个端口连接；一光电探测器，该光电探测器与偏振控制器的另一端连接。
文档编号H01S3/067GK101789558SQ201010102019
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者刘建国, 李伟, 祝宁华, 谢亮, 陈伟 申请人:中国科学院半导体研究所