基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的方法與裝置，所述裝置由多波長激光器單元、濾波器、耦合器、光電探測器等組成。多波長激光器單元包括激光器單元、耦合器單元、放大器單元、環(huán)形器單元、光纖單元、偏振控制器單元和隔離器單元。本發(fā)明設計出的微波信號的裝置與方法不僅能夠產(chǎn)生高頻微波信號，而且能夠獲得多帶寬可調(diào)諧微波信號；本發(fā)明裝置不需要電子器件，大大降低了電磁干擾等，且具有成本低廉、結構簡單的優(yōu)點。
【專利說明】基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的方法與裝

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的方法與裝置，主 要應用于無線傳感網(wǎng)、光纖通信系統(tǒng)以及微波光子學等【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 微波信號源作為微波系統(tǒng)中的基礎器件之一，其性能直接決定了系統(tǒng)的工作性 能。目前，微波信號源已廣泛用于微波通信、雷達制導、遙感測控、電子對抗等現(xiàn)代化信息 系統(tǒng)中，隨著信息技術的迅速發(fā)展，高品質的微波源成為制勝的關鍵；另一方面隨著多媒 體業(yè)務的不斷豐富，占用的頻譜資源不斷上升，基于數(shù)字電子的技術已經(jīng)逼近電子器件的 處理極限，出現(xiàn)了帶寬的限制和交換系統(tǒng)的電子瓶頸等問題，進一步提高設備處理速度的 難度越來越大，因此，提出了建立全光信息系統(tǒng)的要求。在這種背景下，微波光子學出現(xiàn)并 逐步成為一門融合了微波技術和光子技術的跨學科技術，不僅可以克服傳統(tǒng)射頻微波系統(tǒng) 中無法解決的電子瓶頸問題，而且也為當代高速信息網(wǎng)絡建設提供了有力支撐。因此，光 學技術在微波信號的產(chǎn)生等方面顯示出電子技術無法比擬的優(yōu)勢，充分利用光學技術的帶 寬優(yōu)勢實現(xiàn)高速全光信息技術就顯得非常重要。在光纖系統(tǒng)中，傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘枙艿焦?纖色散等因素的影響而發(fā)生畸變和失真，且微波頻率越高受到的影響越大。因此，目前獲 得微波信號的方法主要集中在光外差的方法和微波移頻調(diào)制等方法上。在微波移頻調(diào)制 的方法中，必須使用高速調(diào)制器等，限制了高頻微波信號的產(chǎn)生，而且價格很昂貴。如高士 明等提出的發(fā)明專利（申請?zhí)?00810061240. 7)，采用微波源和電光調(diào)制器的方法獲得了 11GHz的微波信號。有的學者提出了通過布里淵散射，結合光外差法獲得微波信號的方案， 如傅嬌嬌等提出的發(fā)明專利（申請?zhí)?00910155858. 4)，王如剛等提出的發(fā)明專利（申請 號201210341950. 1)，周鋒等的發(fā)明專利（申請?zhí)?01410093542. 8)，采用布里淵散射與泵 浦光的差頻獲得微波信號，具有一定的使用價值，但是，產(chǎn)生微波信號的可調(diào)諧范圍較小， 且系統(tǒng)比較復雜，限制其在雷達等領域的應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是：克服現(xiàn)有技術的上述缺點，為了獲得高頻寬帶可調(diào)諧的微波信號， 本發(fā)明提供一種基于布里淵放大多波長激光器的可調(diào)諧微波信號產(chǎn)生的方法與裝置，提出 的裝置與方法不僅能夠產(chǎn)生高頻微波信號，而且能夠獲得帶寬可調(diào)諧的微波信號源；同時， 該裝置具有成本低，輸出的微波信號穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0005] 基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的裝置，其特征是包括多波長激光 器單元、第一、第二耦合器單元、第一、第二濾波器單元和第一光電探測器單元，多波長激光 器單兀的輸出端與第一 f禹合器單兀的輸入端連接，第一 f禹合器單兀的兩個輸出端分別與第 一、第二濾波器單元的輸入端連接，第一、第二濾波器單元的輸出端分別與第二耦合器單元 的兩個輸入端連接，第二稱合器單兀的輸出端與第一光電探測器單兀的輸入端連接，第一 光電探測器單兀的輸出端輸出微波信號；
[0006] 所述多波長激光器單元包括激光器單元、第三、第四耦合器單元、光纖放大器、第 一隔離器、第一偏振控制器、第一環(huán)形器、第一光纖單元和布里淵激光器單元，激光器單元 的輸出端與第三f禹合器的一個輸入端連接，第三f禹合器的兩個輸出端分別與第一隔離器和 第四f禹合器的輸入端連接；第一隔離器的輸出端與第一偏振控制器的輸入端連接，第一偏 振控制器的輸出端與第一環(huán)形器的第一端口連接，第一環(huán)形器的第二端口經(jīng)第一光纖單元 與布里淵激光器單元的輸出端連接，第一環(huán)形器的第三端口與第三耦合器的另一個輸入端 連接；第四耦合器的一個輸出端連接光纖放大器的輸入端，另一個輸出端作為多波長激光 器單兀的輸出端，光纖放大器的輸出端連接布里淵激光器單兀的輸入端；
[0007] 所述布里淵激光器單元由第二環(huán)形器、第二偏振控制器、第二光纖單元和第五耦 合器單元構成，光纖放大器的輸出端與第二環(huán)形器的第一端口連接，第二環(huán)形器的第二端 口經(jīng)第二偏振控制器、第二光纖單元與第五耦合器單元的一個輸出端連接，第二環(huán)形器的 第三端口與第五耦合器單元的輸入端連接，第五耦合器單元的另一個輸出端連接第一光纖 單元。
[0008] 利用上述裝置產(chǎn)生微波信號的方法，其特征在于：激光器單元產(chǎn)生的激光經(jīng)第三 耦合器分成兩束，其中一束光經(jīng)第一隔離器和第一偏振控制器后進入到第一環(huán)形器的第一 端口，從第一環(huán)形器的第二端口進入第一光纖單兀中，該光束在第一光纖單兀中產(chǎn)生背向 布里淵散射信號；從第三f禹合器輸出的另一束光經(jīng)第四f禹合器后分成兩路，一路光作為多 波長激光器單元的輸出光，一路光進入放大器單元，經(jīng)放大器放大后的光作為布里淵激光 器單元的泵浦光，從光纖放大器輸出的信號光經(jīng)第二環(huán)形器的第一端口進入激光器單元 中，從第二環(huán)形器的第二端口進入到第二偏振控制器，該信號光按照順時針方向進入第二 光纖單元中，在第二光纖單元中產(chǎn)生背向布里淵散射，該背向布里淵散射信號再按照逆時 針的方向經(jīng)第二偏振控制器、第二環(huán)形器的第三端口進入第五耦合器，和第二光纖單元循 環(huán)傳輸，從第五f禹合器的另一個輸出端輸出布里淵信號，該布里淵激光信號進入到第一光 纖單元中被放大，放大后的信號光經(jīng)第一環(huán)形器的第三端口進入第三耦合器的輸入端，與 激光器單元輸出的信號光耦合后作為多波長激光器的泵譜信號；多波長激光器單元的輸出 光經(jīng)第一耦合器分為兩束，分別經(jīng)第一濾波器單元和第二濾波器單元進行濾波，濾波后的 兩束光在第二稱合器單兀上稱合，通過第一光電探測器單兀轉換為微波信號輸出。
[0009] 受激布里淵散射（SBS)可以理解為兩束相向傳播的光（泵浦光、斯托克斯光）在 光纖中的相互作用，理論上可以用麥克斯韋方程和維納一斯托克斯方程描述SBS過程。若 斯托克斯光沿著+Z方向傳播，而布里淵泵浦光沿一 Z方向傳輸，忽略光場的橫向分布及利 用緩慢變化振幅近似，SBS過程中泵浦光、斯托克斯光和聲波的三波耦合方程可以描述為
[0010]

【權利要求】
1. 基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的裝置，其特征是包括多波長激光器 單兀（100)、第一、第二稱合器單兀（114、117)、第一、第二濾波器單兀（115、116)和第一光 電探測器單元（118)， 多波長激光器單兀（100)的輸出端與第一稱合器單兀（114)的輸入端連接，第一f禹合 器單元（114)的兩個輸出端分別與第一、第二濾波器單元（115U16)的輸入端連接，第一、 第二濾波器單元（115U16)的輸出端分別與第二耦合器單元（117)的兩個輸入端連接，第 二耦合器單元（117)的輸出端與第一光電探測器單元（118)的輸入端連接，第一光電探測 器單兀（118)的輸出端輸出微波信號； 所述多波長激光器單元（100)包括激光器單元（101)、第三、第四耦合器單元（102、 103)、光纖放大器（104)、第一隔離器（113)、第一偏振控制器（112)、第一環(huán)形器（111)、第 一光纖單兀（110)和布里淵激光器單兀（105)，激光器單兀（101)的輸出端與第三稱合器 (102)的一個輸入端連接，第三耦合器（102)的兩個輸出端分別與第一隔離器（113)和第四 奉禹合器（103)的輸入端連接；第一隔離器（113)的輸出端與第一偏振控制器（112)的輸入 端連接，第一偏振控制器（112)的輸出端與第一環(huán)形器（111)的第一端口連接，第一環(huán)形器 (111)的第二端口經(jīng)第一光纖單元（110)與布里淵激光器單元（105)的輸出端連接，第一環(huán) 形器（111)的第三端口與第三耦合器（102 )的另一個輸入端連接；第四耦合器（103 )的一個 輸出端連接光纖放大器（104)的輸入端，另一個輸出端作為多波長激光器單兀（100)的輸 出端，光纖放大器（104)的輸出端連接布里淵激光器單兀（105)的輸入端； 所述布里淵激光器單元（105)由第二環(huán)形器（106)、第二偏振控制器（107)、第二光纖 單元（108)和第五耦合器單元（109)構成，光纖放大器（104)的輸出端與第二環(huán)形器（106) 的第一端口連接，第二環(huán)形器（106)的第二端口經(jīng)第二偏振控制器（107)、第二光纖單元 (108)與第五耦合器單元（109)的一個輸出端連接，第二環(huán)形器（106)的第三端口與第五耦 合器單兀（109)的輸入端連接，第五稱合器單兀（109)的另一個輸出端連接第一光纖單兀 (110)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的裝置，其 特征在于：所述的第一、第二光纖單元（11〇、1〇8)是相同的光纖單元，或是布里淵頻移相近 的光纖單元。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的裝置，其特 征在于：所述布里淵激光器單元（105)為單頻布里淵激光器。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的裝置，其特 征在于：所述第一光電探測器單元（118)是平衡探測器。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于布里淵放大多波長激光器的微波信號產(chǎn)生的裝置，其特 征在于：與多波長激光器單兀（100)連接的第一、第二稱合器單兀（114、117)、第一、第二濾 波器單元（115U16)和第一光電探測器單元（118)替換為光纖光柵單元（119)、第二隔離器 (120)、第三濾波單元（121)和第二光電探測器單元（122)，多波長激光器單元（100)與光纖 光柵單元（119)、第二隔離器（120)、第三濾波單元（121)和第二光電探測器單元（122)順次 連接，第二光電探測器單兀（122)的輸出端輸出微波信號。
6. 利用權利要求1所述的裝置產(chǎn)生微波信號的方法，其特征在于：激光器單元（101)產(chǎn) 生的激光經(jīng)第三耦合器（102)分成兩束，其中一束光經(jīng)第一隔離器（113)和第一偏振控制 器（112)后進入到第一環(huán)形器（111)的第一端口，從第一環(huán)形器（111)的第二端口進入第 一光纖單元（110)中，該光束在第一光纖單元（110)中產(chǎn)生背向布里淵散射信號；從第三耦 合器（102)輸出的另一束光經(jīng)第四耦合器（103)后分成兩路，一路光作為多波長激光器單 元（100)的輸出光，一路光進入放大器單元（104)，經(jīng)放大器（104)放大后的光作為布里淵 激光器單兀（105)的泵浦光，從光纖放大器（104)輸出的信號光經(jīng)第二環(huán)形器（106)的第 一端口進入激光器單元（105)中，從第二環(huán)形器（106)的第二端口進入到第二偏振控制器 (107)，該信號光按照順時針方向進入第二光纖單元（108)中，在第二光纖單元（108)中產(chǎn) 生背向布里淵散射，該背向布里淵散射信號再按照逆時針的方向經(jīng)第二偏振控制器（107)、 第二環(huán)形器（106)的第三端口進入第五耦合器（109)，和第二光纖單元（108)循環(huán)傳輸，從 第五f禹合器（109)的另一個輸出端輸出布里淵信號，該布里淵激光信號進入到第一光纖單 元（110)中被放大，放大后的信號光經(jīng)第一環(huán)形器（111)的第三端口進入第三耦合器（102) 的輸入端，與激光器單兀（101)輸出的信號光稱合后作為多波長激光器（1〇〇)的泵譜信號； 多波長激光器單元（100)的輸出光經(jīng)第一耦合器（114)分為兩束，分別經(jīng)第一濾波器單元 (115)和第二濾波器單元（116)進行濾波，濾波后的兩束光在第二耦合器單元（117)上耦 合，通過第一光電探測器單兀（118)轉換為微波信號輸出。
7. 根據(jù)權利要求6所述的產(chǎn)生微波信號的方法，其特征在于通過調(diào)節(jié)激光器單元 (101)的泵浦波長來獲得可調(diào)諧的微波信號。
8. 根據(jù)權利要求6所述的產(chǎn)生微波信號的方法，其特征在于通過改變第一光纖單兀 (110)和第二光纖單元（108)的布里淵頻移來獲得可調(diào)諧的微波信號；改變增益光纖的布 里淵頻移通過溫度控制器或應力控制裝置來實現(xiàn)。
9. 根據(jù)權利要求6所述的產(chǎn)生微波信號產(chǎn)生的方法，其特征在于通過改變第一、第二 濾波器單元（115、116)的中心波長來獲得可調(diào)諧的微波信號。
10. 根據(jù)權利要求6所述的產(chǎn)生微波信號的方法，其特征是控制布里淵激光器單元 (105)輸出的布里淵激光信號與經(jīng)第一環(huán)形器（111)第二個端口進入光纖單元110中產(chǎn)生 的背向布里淵散射信號的波長相同、方向相同。
【文檔編號】H01S3/30GK104269732SQ201410578188
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)明者】王如剛, 趙力, 周鋒 申請人:東南大學