专利名称：可调谐光纤微波/毫米波发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤微波/毫米波发生器，适用于通信、光纤微波通信、 微波光子、光纤传感和雷达。
背景技术：
微波光子技术将微波学和光学融合在一起，成为一个全新的技术领域，通常称为Microwave Photonics(简称MWP)。光子技术和微波、毫米波的集成在远 程通信的发展上打开了一个神奇的、充满希望的领域。光技术和电波技术相融 合，利用光纤具有的低损耗、大容量、无感应、重量轻、易于搬运等特点，在 传统的微波技术中引入光技术，可组成信息社会的基础网络，充分利用光纤的 宽带宽、无线的自由，达到个别技术不断发展也无法实现的通信系统高功能化 和高度化，提供最后lkm的最佳解决途径。这种在无线/移动通信系统的接入 系统中、雷达、军用的天线远程控制以及智能交通系统中把光纤通信和微波通 信结合的系统就是光纤微波通信(RoF: Radio on/over Fiber)。 RoF技术在无线/ 移动通信系统中应用，可将基站端的基带处理、调制、混频功能转移到基站控 制器端集中处理，而基站端只保留光电转换、滤波和放大功能，这样可大大降 低基站的成本，在未来的密集微蜂窝通信系统中，由于基站数量众多，采用RoF 技术可大大降低系统的成本。微波光纤通信系统，光域上的微波光子信号处理。 比起传统基于电子设备的微波信号处理，微波光子信号处理除了具有时间带宽 积高、抗电磁干扰、线路和设备间的串扰小、调谐方便的优点外，微波光子信 号处理技术是在光域上对微波信号处理，它能与RoF传输系统天然匹配，中间 无需光电和电光转换设备。电处理器的带宽限制了高带宽的光电信号的处理， 以光子取代电子，在较高的速率处理信号，这样就可以避免电子瓶颈。微波光 子集中了射频波和光纤的优点，在射频波和光纤之间实现透明转换。微波提供
了低成本可移动无线连接方式，而光纤提供了低损宽带连接，该连接方式不受 电的影响。在光纤中实现射频波的带通传输，无衰减，无信道间的相互干扰。毫米波信号的光方式产生具有很大的吸引力，因为现存的系统都面临频率 带宽短缺的问题。对高速数据传输的需要愈来愈迫切，目前多种毫米波的光方 式产生方法业己被论证，毫米波的光方式产生有其特有的优点可以实现的宽 频域载波信号范围和光纤连接的低损传输能力。远程架设天线，天线与收信机通过光纤相连接，光纤取代传统的同轴电缆， 称为光远程天线。它的长处是天线不用配置放大器，不用供电，天线与收信机 完全电气绝缘，作为EMC(Electro Magnetic Compatibility电磁兼容)应用的电场 传感器倍受注目。若干条光纤和天线阵列状排列，组成光控制阵列天线，控制 向天线传输的微波信号的振幅和相位，形成天线发射的电波射束并进行射束扫 描。与使用同轴电缆、波导管向天线传输微波、毫米波的方法相比，天线外围 设备不仅小型化、轻量化，而且还能形成更加理想的电波射束，微波的相位控 制可采用各种光信号处理技术。光纤技术在相控阵雷达中己应用多年，目前这类雷达的工作频率范围为不 大于18GHz，并且正逐步向毫米波扩展。在相控阵雷达中采用光纤微波传输有 利于隔离辐射阵元，控制阵元的相对相位，处理各种电子战环境下的回波信号。 然而，这类概念的付诸实现需要成百上千个微波辐射阵元，甚至需要很多高频 光电器件。微波可以通过电域的模拟电路或者数字电路得到，频率局限在几GHz以下， 难以产生更高频率微波或者毫米波。光学方法产生微波、毫米波是一项微波光子学的关键技术。利用光电技术 产生微波频率的传统方法是基于两个可调谐的频率相近的激光束，这就要求激 光器具有非常好的频率稳定性。另一种方法是在复杂的光学整合电路中，频移 射频调制激光器频率，但是该方法仅限于产生低频信号(〈lGHz)。最近，又研究
了很多用于产生微波信号的新方法有将光纤环共振腔作为频率调制器，利用 光纤的布里渊散射作用产生相位调制的微波信号；有采用两个或多个固态微芯 片温度和电压调谐激光器的干涉产生动态可调谐、低噪声的微波毫米波信号， 频率从几GHz到100GHz;有采用布拉格光栅取代马赫曾德干涉仪作为滤波器， 产生毫米波；还有基于非啁啾高斯脉冲在传输过程中的色散和非线性效应产生 复杂频率的微波毫米波，或者调制、调谐困难。这些产生方法，结构复杂，稳 定性差，产生的效率不高。实用新型内容为了克服己有的微波、毫米波电的方法或者光学方法产生的不足，本实用 新型提供一种可调谐光纤微波/毫米波发生器。 本实用新型的技术方案本实用新型的目的实现是通过以下技术方案构成该可调谐光纤微波/亳米 波发生器的部件之间的连接为2x2耦合器的同侧的两个端口连接在一起构成萨格纳克环；耦合器的左端口依次连接有源光纤、偏振控制器、保偏光纤光栅、波分复 用器、光隔离器、高速光电探测器；泵浦光通过波分复用器耦合进有源光纤中， 保偏光纤光栅与萨格纳克环构成不同的谐振腔，两个不同的偏振谐振腔产生双 波长激光输出到高速光电探测器中，高速光电探测器输出微波毫米波信号。调制泵浦光功率，高速光电探测器输出调幅的微波/毫米波信号。调整保偏光纤光栅反射波长的波长间隔，改变双波长激光的波长间隔，高 速光电探测器中输出调频的微波/毫米波信号。同时调整泵浦光功率和保偏光纤光栅反射波长的波长间隔，高速光电探测 器中输出调频和调幅的微波/毫米波信号。有源光纤为稀土掺杂光纤，为掺铒、掺镱、掺钬、镱铒共掺、掺钍、掺镨
或掺钕光纤。本实用新型的有益效果具体如下本实用新型采用比保偏有源光纤价格低得多的普通有源光纤作为增益介 质，只需要一个保偏光纤光栅和偏振控制器，保证每个腔谐振在一个偏振态上。 由于光纤激光谐振腔的反射端采用宽带的萨格纳克环，使很容易与窄带的光纤 光栅的反射峰对准谐振，降低了对光栅的要求，比通常的双波长激光器更容易 实现，输出更稳定，稳定的双波长输出到高速光电探测器中，在高速光电探测 器中产生微波/毫米波，具有更高的性价比。本实用新型降低了对有源光纤的一 致性要求，使有源光纤长度等特性的不一致不会引起双波长激光器的实质性的 影响，从而不会影响微波/毫米波的产生。本实用新型中把需要加载的数据信号 来调节泵浦光功率可以是调制微波毫米波，得到带调制数据的微波毫米波；本 实用新型可以调整保偏光纤光栅，来改变两个激光波长的间隔，实现微波毫米 波频率的调谐。本实用新型为全光纤结构。本实用新型还具有受环境影响小、 结构紧凑、易于实施等特点。
图1为可调谐光纤微波/毫米波发生器示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。 实施例一可调谐光纤微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图l。 2x2耦合器42的端口421和端口422熔接在一起，构成萨格纳克(Sagnac)环。 选择适当长度的掺铒有源光纤2，有源光纤2，有源光纤的长度选择在泵 浦光作用下，激光腔刚好能够谐振的有源光纤长度为最大有源光纤长度。2x2耦合器42的端口423依次连接有源光纤2、偏振控制器6、保偏光纤光栅l、 WDM 4、光隔离器5和高速光电探测器7。泵浦光3通过波分复用器(WDM) 4耦合进有源光纤2中，保偏光纤光 栅1与萨格纳克环构成不同的谐振腔，两个不同的偏振谐振腔产生双波长激光 输出到高速光电探测器7中，高速光电探测器7中输出微波/毫米波信号。 实施例二可调谐光纤微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图l。 2x2耦合器42的端口421和端口422熔接在一起，构成萨格纳克环。 选择适当长度的掺镱有源光纤2，有源光纤2，有源光纤的长度选择在泵浦光作用下，激光腔刚好能够谐振的有源光纤长度为最大有源光纤长度。2x2耦合器42的端口423依次连接有源光纤2、偏振控制器6、保偏光纤光栅l、WDM4、光隔离器5、高速光电探测器7。泵浦光3通过WDM4耦合进有源光纤2，保偏光纤光栅1与萨格纳克环构成的激光谐振腔内，在高速光电探测器7中产生微波/毫米波。调制泵浦光3的光功率，使在高速光电探测器7中产生的微波/毫米波的功率被调制，高速光电探测器7中输出调幅的微波/毫米波信号。 实施例三可调谐光纤微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图1。 2x2耦合器42的端口421和端口422熔接在一起，构成萨格纳克环。 选择适当长度的镱铒共掺有源光纤2，有源光纤2，有源光纤的长度选择在泵浦光作用下，激光腔刚好能够谐振的有源光纤长度为最大有源光纤长度。 2x2耦合器42的端口423依次连接有源光纤2、偏振控制器6、保偏光纤光栅l、WDM4、光隔离器5、高速光电探测器7。泵浦光3通过WDM 4耦合进有源光纤2，保偏光纤光栅1与萨格纳克环构成的激光谐振腔内，在高速光电探测器7中产生微波/毫米波。调整保偏光纤光栅的反射波长间隔，使在高速光电探测器7中产生的微波/
毫米波的频率被调制，在高速光电探测器7输出的微波/毫米波被调谐。 实施例四可调谐光纤微波/毫米波发生器的部件之间的连接，见图l。2x2耦合器42的端口421和端口422熔接在一起，构成萨格纳克环。选择适当长度的掺钕有源光纤2，有源光纤2，有源光纤的长度选择在泵 浦光作用下，激光腔刚好能够谐振的有源光纤长度为最大有源光纤长度。2x2耦合器42的端口423依次连接有源光纤2、偏振控制器6、保偏光纤光栅l、 WDM4、光隔离器5、高速光电探测器7。泵浦光3通过(WDM) 4耦合进有源光纤2，保偏光纤光栅1与萨格纳克 环构成的激光谐振腔内，在高速光电探测器7中产生微波/毫米波。同时调整泵浦光3功率和保偏光纤光栅1反射波长的波长间隔，高速光电 探测器7中输出调频和调幅的微波/毫米波信号。使用部件均为商用化器件。
权利要求1. 一种可调谐光纤微波/毫米波发生器，其特征是2×2耦合器(42)的同侧的端口(421)和端口(422)连接在一起构成萨格纳克环；耦合器(42)的端口(423)依次连接有源光纤(2)、偏振控制器(6)、保偏光纤光栅(1)、WDM(41)、光隔离器(5)、高速光电探测器(7)；泵浦光(3)通过波分复用器(41)耦合进有源光纤(2)中，保偏光纤光栅(1)与萨格纳克环构成不同的谐振腔，两个不同的偏振谐振腔产生双波长激光输出到高速光电探测器(7)中，高速光电探测器(7)输出微波/毫米波信号；调制泵浦光(3)功率，高速光电探测器(7)输出调幅的微波毫米波信号；调整保偏光纤光栅(1)反射波长的波长间隔，改变双波长激光的波长间隔，高速光电探测器(7)中输出调频的微波/毫米波信号；同时调整泵浦光(3)功率和保偏光纤光栅(1)反射波长的波长间隔，高速光电探测器(7)中输出调频和调幅的微波/毫米波信号。
2. 根据权利要求1所述的一种可调谐光纤微波/毫米波发生器，其特征是 有源光纤为稀土掺杂光纤，为掺铒、掺镱、掺钬、镱铒共掺、掺钍、掺镨或掺 钕光纤。
专利摘要可调谐光纤微波/毫米波发生器，其2×2耦合器(42)同侧的两端口构成萨格纳克环；端口(423)依次接有源光纤(2)、偏振控制器(6)、保偏光纤光栅(1)、波分复用器(41)、光隔离器(5)、高速光电探测器(7)；泵浦光(3)通过波分复用器耦合进有源光纤，保偏光纤光栅与萨格纳克环构成不同的谐振腔，两不同的偏振谐振腔产生双波长激光，输出到高速光电探测器，高速光电探测器输出微波/毫米波。调制泵浦光功率，得到调幅的微波/毫米波；调整保偏光纤光栅反射波长的波长间隔，控制双波长激光的波长间隔，得到调频的微波/毫米波；同时调整泵浦光功率和保偏光纤光栅反射波长的波长间隔，得到调频和调幅的微波/毫米波。
文档编号H04B10/12GK201213262SQ20082010904
公开日2009年3月25日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者宁提纲, 晶 李, 祁春慧, 胡旭东, 丽 裴, 谭中伟, 郑晶晶, 乂 阮 申请人:北京交通大学