毫米波信号的光子学产生方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波光子学技术领域，具体涉及一种基于高非线性光纤受激布里渊散射效应的毫米波信号的光子学产生方法及装置。
【背景技术】
[0002]高质量的微波/毫米波信号源在无线通信、光载射频网络、军事雷达系统、星间链路等系统中具有极其重要的作用。然而由于电子器件处理速率的限制，传统的电子技术对于高速微波信号的产生逐渐接近瓶颈。利用光子技术产生、处理和传输高频微波/毫米波信号不仅可以轻松地解决电子技术处理速率瓶颈问题，更能将信号传输至更远的距离，并且具有低损耗，高带宽和抗电磁干扰能力强等特性。
[0003]目前光生毫米波的产生方法主要有光注入法、光锁相环法、双模激光器法、多次倍频法、光电振荡器法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于高非线性光纤受激布里渊散射效应的毫米波信号的光子学产生方法及装置。
[0005]本发明所述的毫米波信号光子学产生装置的结构如图1所示，由可调谐激光器、第一耦合器、双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)、第一直流稳压电源、第二直流稳压电源、第三直流稳压电源、隔离器、第二耦合器、第一光电探测器、频谱分析仪、高非线性光纤、环行器、第二光电探测器、微波放大器、强度调制器、第四直流稳压电源和微波信号源组成。
[0006]可调谐激光器输出的光信号进入到第一親合器中，第一親合器将光信号一分为二，上支路的光信号输入到双平行马赫-曾德尔调制器(如图2)中，双平行马赫-曾德尔调制器由第一马赫-曾德尔调制器、第二马赫-曾德尔调制器和移相器组成；第一马赫-曾德尔调制器单独构成第一支路，第二马赫-曾德尔调制器和移相器构成第二支路；第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器均为强度调制器。第一马赫-曾德尔调制器具有第一射频输入端和第一直流偏置端；第二马赫-曾德尔调制器具有第二射频输入端和第二直流偏置端；移相器只有一个直流偏置电压输入端，即第三直流偏置端，通过调节第三直流偏置端的电压能够改变双平行马赫-曾德尔调制器第二支路光信号的相位，使双平行马赫-曾德尔调制器工作在载波相移π/2的双边带调制状态。第一直流稳压电源与第一直流偏置端相连，第二直流稳压电源与第二直流偏置端相连，第三直流稳压电源与第三直流偏置端相连，第二射频输入端接地。双平行马赫-曾德尔调制器的输出信号进入隔离器，然后输入到第二耦合器中，第二耦合器的上支路输出信号被送入到第一光电探测器进行光电转换，再输入到频谱分析仪中进行频谱测试；第二耦合器的下支路输出信号进入到高非线性光线中作为受激布里渊散射效应的信号光。
[0007]第一親合器输出的下支路光信号输入到强度调制器中作为光载波信号，微波信号源输出的信号输入到强度调制器中作为调制信号，第四直流稳压电源为强度调制器提供直流偏置电压，强度调制器输出的信号由环形器的I端口输入，II端口输出，然后进入到高非线性光纤中；与第二耦合器下支路输出的信号在高非线性光线中相互作用，发生受激布里渊散射，经过受激布里渊散射效应处理的信号再由环形器的II端口输入，然后由环形器的III端口输出，被第二光电探测器转换成电信号，再经微波放大器放大后输入到第一射频输入端作为双平行马赫-曾德尔调制器中第一马赫-曾德尔调制器的射频信号输入。
[0008]系统连接好之后，打开所有设备开关，使设备处于工作状态，可调谐激光器输出频率为f。的信号，进入到双平行马赫-曾德尔调制器中，双平行马赫-曾德尔调制器中第二马赫-曾德尔调制器的第二射频输入端对地短接，第二直流偏置端设置在最大传输点，设置第一直流偏置端的电压，使第一马赫-曾德尔调制器工作在载波抑制的双边带状态，设置第三直流偏置端的电压，使第二支路光信号的相位与第一支路输出的边带的相位相差π/2，从而使双平行马赫-曾德尔调制器处于载波相移为/2的双边带调制状态。设备刚开始工作时，第一马赫-曾德尔调制器的第一射频输入端为随机的噪声信号，由于噪声信号的频率具有随机性，此时双平行马赫-曾德尔调制器会输出一系列的调制边带(图3(1))，由于是小信号调制，只考虑一阶边带，忽略其它阶边带，被噪声信号调制的光信号通过隔离器输入到第二耦合器，第二耦合器输出的下支路信号进入到高非线性光纤中作为受激布里渊散射效应的信号光。第一耦合器下支路输出的信号被微波信号源输出的频率为fb(fb为受激布里渊的频移量)的信号调制，设置第四直流稳压电源的输出电压，并调整微波信号源输出频率为fb的信号幅度，从而改变强度调制器的调制深度，使强度调制器输出信号中，奇次边带成分被完全抑制，包括光载波的偶次边带成分被保留，其中高阶偶次边带成分可以忽略，最终得到3个频率成分:分别是光载波f。和2个二阶边带f。-2fb和f c+2fb,再通过设置信号fb的幅度，可以使得光载波和2个二阶边带的幅度相等(图3(2))。强度调制器输出的三个信号f>2fb、f。和f。+2&通过环形器I端口输入、II端口输出进入到高非线性光作为受激布里渊散射效应的泵浦光，其中泵浦信号f；_2fb产生的损耗谱和泵浦信号f。产生的增益谱相抵消，泵浦信号f。产生的损耗谱和泵浦信号L+2fb产生的增益谱相抵消，因此只剩下泵浦信号f>2fb产生的增益谱和泵浦信号f。+2&产生的损耗谱(图3(3))，由第二耦合器下支路输出的被噪声信号调制的若干边带信号中，距离载波信号f。的频率间隔为3fb的两个边带信号f e-3fb和f e+3fb被上述泵浦信号处理，其中，f e_3fb信号被增强，f；+3fb信号被减弱(图3 (4))，在高非线性光纤中，经受激布里渊散射效应处理的信号通过环形器的II端口输入，由环形器的III端口输出，经第二光电探测器探测出频率为3fb的电信号，再经微波放大器放大后，送入到双平行马赫-曾德尔调制器的第一射频输入端，作为调制信号，当双平行马赫-曾德尔调制器得到频率为3fb的调制信号后，其调制输出的若干边带信号中，频率为f>3fb和f\+3fb的信号强度高于其它边带信号，包含f\-3fb和f\+3fb在内的若干个边带信号继续通过隔离器进入到第二耦合器中，第二耦合器输出的上支路信号被第一光电探测器探测，第二耦合器输出的下支路信号继续进入到高非线性光纤中，与来自强度调制器的泵浦信号发生受激布里渊散射效应，第二光电探测器能继续探测到频率为3fb的信号，经微波放大器放大后继续输入到双平行马赫-曾德尔调制器的第一射频输入端，从而形成正反馈回路。由于双平行马赫-曾德尔调制器工作在载波相移π/2的双边带工作状态，所以第一光电探测器将频率为1_3&、1和1+34的三个信号(图3(5))拍频输出可以得到频率为6fb的毫米波信号，输出结果在频谱分析仪上显示。
[0009]本发明选用波长为1530?1565nm的可调谐激光器作载波光源；双平行马赫_曾德尔调制器工作的光波长为1525nm?1605nm，带宽为60GHz，其中第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器的半波电压为5.5V，移相器的半波电压为15V ;高非线性光纤长度为500?2000米，受激布里渊频移量fb为9?IlGHz ;隔离器的隔离度大于40dB ;强度调制器工作的光波长为1525nm?1605nm，带宽为20GHz ;微波信号源的输出频率范围为IGHz?40GHz ;第一光电