一种基于激光锁相的稳态可调谐双波长生成方法与流程

本发明属于微波光子学，更具体地，涉及一种基于激光锁相的稳态可调谐双波长生成方法。

背景技术：

1、对于毫米波信号产生系统，通用的办法是利用全电子学方法产生毫米波信号，由毫米波源产生的载波与数据混频后产生调制后的毫米波信号，然后由天线发射出去。相比于传统电路信号产生方式，基于微波光子技术生成毫米波的主要思路是利用两路具有一定频率间隔的光波长进行光外差检测，生成毫米波信号。该方法可以有效克服电子器件带宽瓶颈，大幅度简化系统结构，具有结构简单、成本低廉的优势。光子辅助毫米波生成技术中的双波长生成是其中的关键，将直接影响生成的毫米波信号的质量。

2、双波长生成技术一般可以分为两类，一种是光倍频方式，包括载波抑制方法、光频梳+波长选择开关方法，另一种是直接使用两路独立光源产生双波长。其中使用光倍频方式由于使用了同一路种子光源，导致产生的双波长为相干光，在进行外差时会产生相干相消、相涨现象，影响拍频信号的功率稳定性；而直接使用两路独立光源则会由于光源本身的频率和相位的漂移等问题造成外差产生的信号频率和相位稳定性较差。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于激光锁相的稳态可调谐双波长生成方法，采用激光锁相技术，解决了使用两路独立光源产生的频率漂移等问题，结合光倍频方式，进而实现了稳态可调谐的双波长生成，从而支撑高质量毫米波信号的生成。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于激光锁相的稳态可调谐双波长生成方法，包括：

3、通过改变参考激光器的电流和温度实现调频得到频率为f0的参考信号；

4、射频源fm通过调制进行载波抑制双边带调制，将射频源fm调制到参考信号f0的两个边带上，产生上边带f0+fm和下边带f0-fm，再通过光纤耦合器分成两束参考光波长；

5、利用科斯塔光锁相环路将laser1的信号光锁定到上边带上，将laser2的信号光锁定到下边带上，从而实现两路激光laser1和laser2的波长和相位锁定，且laser1和laser2波长的频率差为射频源频率fm的两倍，通过调节射频源频率对laser1和laser2波长的频率间隔进行调整。

6、在一些可选的实施方案中，所述利用科斯塔光锁相环路将laser1的信号光锁定到上边带上，将laser2的信号光锁定到下边带上，从而实现两路激光laser1和laser2的波长和相位锁定，包括：

7、laser1和laser2的信号光与参考激光器经输出的本振激光共同输入90°光混频器后输出四路光束，分别为0°和180°的同相支路光束与90°和270°的正交支路光束；

8、同相支路光束和正交支路光束分别经过各自环路的平衡探测器转换得到同相支路电信号vi和正交支路电信号vq为；

9、将同相支路电信号vi与正交支路电信号vq相乘消除调制信号后得到相位误差信号vd；

10、相位误差信号vd经过环路滤波器放大后反馈至laser1和laser2的频率控制端，控制本振激光输出激光频率往输入信号激光牵引，逐步减少相位误差，最终达到锁定状态。

11、在一些可选的实施方案中，由确定同相支路电信号vi，由确定正交支路电信号vq，psig表示信号光功率，φsig表示信号光角频率，pref表示参考光功率，φref表示参考光角频率，rl表示负载阻抗，r表示光电响应度，θe表示光相位角。

12、在一些可选的实施方案中，由确定相位误差信号vd。

13、在一些可选的实施方案中，在所述将同相支路电信号vi与正交支路电信号vq相乘消除调制信号后得到相位误差信号vd之后，所述方法还包括：

14、相位误差信号vd进入频分器进行处理，分频之后信号经过计数器进行计数，计数结果输入控制器，经过计算得到频差值，控制器输出的频差值经过d/a转换、放大和滤波得到目标频差值。

15、在一些可选的实施方案中，由得到频差值，其中，δf为所求频差值，m为分频系数，fo为分频之后的信号频率，n为计数值，δt为控制器设定的技术时间。

16、在一些可选的实施方案中，所述相位误差信号vd经过环路滤波器放大后反馈至laser1和laser2的频率控制端，包括：

17、目标频差值经过环路滤波器放大后反馈至laser1和laser2的频率控制端，控制信号激光输出快速达到锁定状态。

18、在一些可选的实施方案中，所述光纤耦合器为50:50光纤耦合器。

19、在一些可选的实施方案中，将窄线宽可调激光器laser-ref作为参考激光器。

20、在一些可选的实施方案中，所述调制器包括相位调制器或者强度调制器。

21、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

22、本发明利用激光锁相技术，可实现对稳态可调谐的双波长生成，支撑高质量激光或毫米波信号的生成和高灵敏度的相干探测。本发明解决了传统双波长生成技术存在的频率漂移和信号相干等问题，可应用于超宽带微波光子无线通信系统中。本发明原理简洁，方案简单高效，具有较强的应用价值。

技术特征：

1.一种基于激光锁相的稳态可调谐双波长生成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用科斯塔光锁相环路将laser1的信号光锁定到上边带上，将laser2的信号光锁定到下边带上，从而实现两路激光laser1和laser2的波长和相位锁定，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由确定同相支路电信号vi，由确定正交支路电信号vq，psig表示信号光功率，φsig表示信号光角频率，pref表示参考光功率，φref表示参考光角频率，rl表示负载阻抗，r表示光电响应度，θe表示光相位角。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由确定相位误差信号vd。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述将同相支路电信号vi与正交支路电信号vq相乘消除调制信号后得到相位误差信号vd之后，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，由得到频差值，其中，δf为所求频差值，m为分频系数，fo为分频之后的信号频率，n为计数值，δt为控制器设定的技术时间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述相位误差信号vd经过环路滤波器放大后反馈至laser1和laser2的频率控制端，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤耦合器为50:50光纤耦合器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将窄线宽可调激光器laser-ref作为参考激光器。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述调制器包括相位调制器或者强度调制器。

技术总结
本发明公开了一种基于激光锁相的稳态可调谐双波长生成方法，属于微波光子学技术领域，包括载波抑制光双边带调制、激光锁相环路、光波长控制，载波抑制光双边带调制：参考激光器产生的参考信号直接驱动调制器，调制器工作在载波抑制点，将射频源调制到参考信号的两个边带上，为双波长产生提供两束参考光波长；科斯塔激光锁相环路：基于科斯塔锁相环技术，实现信号光对参考光的频率捕获和相位锁定；光波长控制：利用数字鉴频对信号光和参考光的频率和相位差进行跟踪，控制信号光波长和参考光波长保持一致。本发明解决了使用两路独立光源产生的频率漂移等问题，结合光倍频方式，进而实现了稳态可调谐的双波长生成，从而支撑高质量毫米波信号的生成。

技术研发人员：芦启超,陶理,李仁杰,王硕威,余寅
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13