專利名稱：薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信、光纖微波通信、微波光子、光纖傳感和雷達(dá)技術(shù)領(lǐng) 域，具體地是一種薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器。
背景技術(shù)：
微波光子技術(shù)將微波學(xué)和光學(xué)融合在一起，成為一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域，通
常稱為Microwave Photonics(簡(jiǎn)稱MWP)。光子技術(shù)和微波、毫米波的集成在遠(yuǎn) 程通信的發(fā)展上打開(kāi)了一個(gè)神奇的、充滿希望的領(lǐng)域。光技術(shù)和電波技術(shù)相融 合，利用光纖具有的低損耗、大容量、無(wú)感應(yīng)、重量輕、易于搬運(yùn)等特點(diǎn)，在 傳統(tǒng)的微波技術(shù)中引入光技術(shù)，可組成信息社會(huì)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，充分利用光纖的 寬帶寬、無(wú)線的自由，達(dá)到個(gè)別技術(shù)不斷發(fā)展也無(wú)法實(shí)現(xiàn)的通信系統(tǒng)高功能化 和高度化，提供最后lkm的最佳解決途徑。這種在無(wú)線/移動(dòng)通信系統(tǒng)的接入 系統(tǒng)中、雷達(dá)、軍用的天線遠(yuǎn)程控制以及智能交通系統(tǒng)中把光纖通信和微波通 信結(jié)合的系統(tǒng)就是光纖微波通信(RoF: Radio on/overFiber)。 RoF技術(shù)在無(wú)線/ 移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用，可將基站端的基帶處理、調(diào)制、混頻功能后移到基站控 制器端集中處理，而基站端只保留光電轉(zhuǎn)換、濾波和放大功能，這樣可大大降 低基站的成本，在未來(lái)的密集微蜂窩通信系統(tǒng)中，由于基站數(shù)量眾多，采用RoF 技術(shù)可大大降低系統(tǒng)的成本。微波光纖通信系統(tǒng)，光域上的微波光子信號(hào)處理。 比起傳統(tǒng)基于電子設(shè)備的微波信號(hào)處理，微波光子信號(hào)處理除了具有時(shí)間帶寬 積高、抗電磁干擾、線路和設(shè)備間的串?dāng)_小、調(diào)諧方便的優(yōu)點(diǎn)外，微波光子信 號(hào)處理技術(shù)是在光域上對(duì)微波信號(hào)處理，它能與RoF傳輸系統(tǒng)天然匹配，中間 無(wú)需光電和電光轉(zhuǎn)換設(shè)備。電處理器的帶寬限制了高帶寬的光電信號(hào)的處理， 以光子取代電子，在較高的速率處理信號(hào)，這樣就可以避免電子瓶頸。微波光 子集中了射頻波和光纖的優(yōu)點(diǎn)，在射頻波和光纖之間實(shí)現(xiàn)透明轉(zhuǎn)換。微波提供了低成本可移動(dòng)無(wú)線連接方式，而光纖提供了低損寬帶連接，該連接方式不受 電的影響。在光纖中實(shí)現(xiàn)射頻波的帶通傳輸，無(wú)衰減，無(wú)信道間的相互干擾。
毫米波信號(hào)的光方式產(chǎn)生具有很大的吸引力，因?yàn)楝F(xiàn)存的系統(tǒng)都面臨頻率 帶寬短缺的問(wèn)題。對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鷣?lái)愈迫切，目前多種毫米波的光方 式產(chǎn)生方法業(yè)已被論證，毫米波的光方式產(chǎn)生有其特有的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)的寬 頻域載波信號(hào)范圍和光纖連接的低損傳輸能力。
遠(yuǎn)程架設(shè)天線，天線與收信機(jī)通過(guò)光纖相連接，光纖取代傳統(tǒng)的同軸電纜, 稱為光遠(yuǎn)程天線。它的長(zhǎng)處是天線不用配置放大器，不用供電，天線與收信機(jī) 完全電氣絕緣，作為EMC(Electro Magnetic Compatibility電磁兼容)應(yīng)用的電場(chǎng) 傳感器倍受注目。若干條光纖和天線陣列狀排列，組成光控制陣列天線，控制 向天線傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)的振幅和相位，形成天線發(fā)射的電波射束并進(jìn)行射束掃 描。與使用同軸電纜、波導(dǎo)管向天線傳輸微波、毫米波的方法相比，天線外圍 設(shè)備不僅小型化、輕量化，而且還能形成更加理想的電波射束，微波的相位控 制可采用各種光信號(hào)處理技術(shù)。
光纖技術(shù)在相控陣?yán)走_(dá)中已應(yīng)用多年，目前這類雷達(dá)的工作頻率范圍為不 大于18GHz，并且正逐步向毫米波擴(kuò)展。在相控陣?yán)走_(dá)中采用光纖微波傳輸有 利于隔離輻射陣元，控制陣元的相對(duì)相位，處理各種電子戰(zhàn)環(huán)境下的回波信號(hào)。 然而，這類概念的付諸實(shí)現(xiàn)需要成百上千個(gè)微波輻射陣元，甚至需要很多高頻 光電器件。
光學(xué)方法產(chǎn)生微波、毫米波是一項(xiàng)微波光子學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。利用光電技術(shù) 產(chǎn)生微波頻率的傳統(tǒng)方法是基于兩個(gè)可調(diào)諧的頻率相近的激光束，這就要求激 光器具有非常好的頻率穩(wěn)定性。另一種方法是在復(fù)雜的光學(xué)整合電路中，頻移 射頻調(diào)制激光器頻率，但是該方法僅限于產(chǎn)生低頻信號(hào)(〈GHz)。最近，又研究 了很多用于產(chǎn)生微波信號(hào)的新方法有將光纖環(huán)共振腔作為頻率調(diào)制器，利用 光纖的布里淵散射作用產(chǎn)生相位調(diào)制的微波信號(hào)；有采用兩個(gè)或多個(gè)固態(tài)微芯片溫度和電壓調(diào)諧激光器的干涉產(chǎn)生動(dòng)態(tài)可調(diào)諧、低噪聲的微波/毫米波信號(hào)，
頻率從幾GHz到100GHz;有采用布拉格光柵取代馬赫曾德干涉儀作為濾波器， 產(chǎn)生毫米波；還有基于非啁啾高斯脈沖在傳輸過(guò)程中的色散和非線性效應(yīng)產(chǎn)生 復(fù)雜頻率的微波/毫米波，或者調(diào)制、調(diào)諧困難。這些產(chǎn)生方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn) 定性差，產(chǎn)生的效率不高。
微波可以通過(guò)電域的模擬電路或者數(shù)字電路得到，但是頻率局限在幾GHz 以下，難以產(chǎn)生更高頻率微波或者毫米波。已有的光學(xué)方法產(chǎn)生微波或者毫米 波的方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，產(chǎn)生的效率不高，或者調(diào)制、調(diào)諧困難。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服已有的產(chǎn)生微波/毫米波的不足，本實(shí)用新型提供一種薩格納克光 纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案
本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)以下技術(shù)方案；構(gòu)成該光纖激光器的部件之 間的連接為
第一2x2耦合器同則的兩個(gè)端口熔接在一起，構(gòu)成薩格納克(Sagnac)環(huán)。 第一 2x2耦合器另一側(cè)的一個(gè)端口依次與第一有源光纖、第一偏振控制器、
第一光纖光柵、第一波分復(fù)用器(WDM)、第一光隔離器、第二 2x2耦合器一
側(cè)的一個(gè)端口連接。
第一 2x2耦合器另一側(cè)的另一個(gè)端口依次與第二有源光纖、第二偏振控制
器、第二光纖光柵、第二WDM、第二光隔離器、第二2x2耦合器一側(cè)的另一個(gè)
的端口連接。
第二 2x2耦合器另一側(cè)的一個(gè)端口和另一個(gè)端口分別接第一高速光電探測(cè) 器和第二高速光電探測(cè)器。
第一泵浦光通過(guò)第一波分復(fù)用器和第二泵浦光通過(guò)第二波分復(fù)用器分別耦合進(jìn)第一和第二有源光纖中，第一光纖光柵和第二光纖光柵與薩格納克環(huán)構(gòu)成
諧振腔，兩個(gè)諧振腔產(chǎn)生的激光經(jīng)第二個(gè)2x2耦合器合波后輸出到第一個(gè)高速 光電探測(cè)器或/和第二個(gè)高速光電探測(cè)器中，從高速光電探測(cè)器中輸出微波/毫米
波信號(hào)。
調(diào)制第一泵浦光或/和第二泵浦光功率，即調(diào)制從第一個(gè)高速光電探測(cè)器和 第二高速光電探測(cè)器輸出微波/毫米波的功率，得到調(diào)制了的微波/毫米波信號(hào)。
調(diào)整第一光纖光柵或/和第二光纖光柵的反射波長(zhǎng)，改變雙波長(zhǎng)激光的波長(zhǎng) 間隔，實(shí)現(xiàn)輸出微波/毫米波的頻率的調(diào)諧。
同時(shí)采用調(diào)整第一泵浦光或/和第二泵浦光功率、調(diào)整第一光纖光柵或/和第
二光纖光柵的反射波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)變頻的調(diào)制微波/毫米波信號(hào)。
第一和第二有源光纖為稀土摻雜光纖，摻鉺、摻鐿、摻鈥、鐿鉺共摻、摻釷、
摻鐠或摻釹光纖；光纖光柵為保偏光纖光柵或普通光纖光柵。
本實(shí)用新型的有益效果具體如下
而本實(shí)用新型采用比保偏有源光纖價(jià)格低得多的普通有源光纖作為增益介 質(zhì)，只需要一個(gè)光纖光柵和偏振控制器，保證每個(gè)腔諧振在一個(gè)偏振態(tài)上。每 個(gè)偏振態(tài)的激光諧振腔是獨(dú)立的。由于光纖激光諧振腔的反射端采用寬帶的薩 格納克環(huán)薩，使很容易與窄帶的光纖光柵的反射峰對(duì)準(zhǔn)諧振，降低了對(duì)光柵的 要求，比通常的雙波長(zhǎng)激光器更容易實(shí)現(xiàn)，輸出更穩(wěn)定，穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)輸出到 高速光電探測(cè)器中，雙波長(zhǎng)在高速光電探測(cè)器中產(chǎn)生微波或者毫米波，具有更 高的性價(jià)比。本實(shí)用新型降低了對(duì)有源光纖的一致性要求，使有源光纖長(zhǎng)度等 特性的不一致不會(huì)引起雙波長(zhǎng)激光器的實(shí)質(zhì)性的影響，從而不會(huì)影響微波/毫米 波的產(chǎn)生。本實(shí)用新型中把需要加載的數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)泵浦光功率可以是調(diào)制 微波/毫米波，得到帶調(diào)制數(shù)據(jù)的微波/毫米波；本實(shí)用新型可以調(diào)整光纖光柵， 來(lái)改變兩個(gè)激光波長(zhǎng)的間隔，實(shí)現(xiàn)微波/毫米波頻率的調(diào)諧。本實(shí)用新型為全光 纖結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型還具有受環(huán)境影響小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于實(shí)施等特點(diǎn)。

圖l為薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖l，對(duì)薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器作進(jìn)一步描述。 實(shí)施例一
構(gòu)成薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器的部件之間的連接，見(jiàn)圖1。
第一2x2耦合器43的端口 431和端口 432熔接在一起，構(gòu)成薩格納克(Sagnac )環(huán)。
選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第一有源光纖21和選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第二有源光纖22，第一 有源光纖21和第二有源光纖22為摻鉺有源光纖。有源光纖的長(zhǎng)度選擇小于在 泵浦光作用下，激光腔剛好能夠諧振的有源光纖長(zhǎng)度為最大有源光纖長(zhǎng)度。
第一光纖光柵11選擇普通光纖光柵和第二光纖光柵12選擇普通光纖光柵。
第一2x2耦合器43的端口433、第一有源光纖21、第一偏振控制器61、第一 普通光纖光柵ll、第一波分復(fù)用器(WDM ) 41、第一光隔離器51依次連接。
第一泵浦光31通過(guò)第一WDM41耦合進(jìn)第一有源光纖21，第一光纖光柵ll 與薩格納克(Sagnac)環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一 2x2耦合器43的端口 434依次連接第二有源光纖22、第二偏振控制器 62、第二光纖光柵12、第二波分復(fù)用器(WDM ) 42、第二光隔離器52。
第二泵浦光32通過(guò)第二 WDM42耦合進(jìn)第二有源光纖22、第二光纖光柵12 與薩格納克(Sagnac)環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一光隔離器51輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 441連接；第二光隔 離器52輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 442連接，通過(guò)第二 2x2耦合器44 的端口 443和端口 444輸出到第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72 中。在第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72中產(chǎn)生微波/毫米波。 實(shí)施例二
構(gòu)成薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器的部件之間的連接，見(jiàn)圖1。 第一2x2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，構(gòu)成薩格納克環(huán)。 選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第一有源光纖21和選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第二有源光纖22，第一
有源光纖21和第二有源光纖22為摻鐿有源光纖。
第一光纖光柵l 1選擇普通光纖光柵和第二光纖光柵12選擇普通光纖光柵。 第一2x2耦合器43的端口433依次連接第一有源光纖21 、第一偏振控制器61 、
第一光纖光柵ll、第一 WDM41、第一光隔離器51。
第一泵浦光31通過(guò)第一WDM41耦合進(jìn)第一有源光纖21，第一光纖光柵ll
與薩格納克環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一2x2耦合器43的端口434、第二有源光纖22、第二偏振控制器62、第二
光纖光柵12、第二 WDM42、第二光隔離器52依次連接。
第二泵浦光32通過(guò)第二 WDM42耦合進(jìn)第二有源光纖22、第二光纖光柵12
與薩格納克環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一光隔離器51輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 441連接；第二光隔
離器52輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 442連接，通過(guò)第二 2x2耦合器44
的端口 443和端口 444輸出到第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72中。
在第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72中產(chǎn)生微波/毫米波。 調(diào)制第一泵浦光31或/和第二通泵浦光32功率，即調(diào)制第一高速光電探測(cè)
器71和第二高速光電探測(cè)器72輸出微波/毫米波的功率，得到調(diào)制了的微波/毫
米波信號(hào)。 實(shí)施例三
構(gòu)成薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器的部件之間的連接，見(jiàn)圖1。第一2x2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，構(gòu)成薩格納克環(huán)。
選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第一有源光纖21和選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第二有源光纖22，第一 有源光纖21和第二有源光纖22鐿鉺共摻有源光纖。
第一光纖光柵11選擇普通光纖光柵和第二光纖光柵12選擇普通光纖光柵。
第一2x2耦合器43的端口433、第一有源光纖21、第一偏振控制器61、第一 光纖光柵ll、第一 WDM41、第一光隔離器51依次連接。
第一泵浦光31通過(guò)第一WDM41耦合進(jìn)第一有源光纖21，第一光纖光柵ll 與薩格納克環(huán)構(gòu)成激光諧振腔內(nèi)，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一2x2耦合器43的端口434依次連接第二有源光纖22、第二偏振控制器62、 第二光纖光柵12、第二 WDM42、第二光隔離器52。
第二泵浦光32通過(guò)第二 WDM42耦合進(jìn)第二有源光纖22、第二光纖光柵12 與薩格納克環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一光隔離器51輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 441連接；第二光隔 離器52輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 442連接，通過(guò)第二 2x2耦合器44 的端口 443和端口 444輸出到第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72 中。
調(diào)整第一光纖光柵11或/和第二光纖光柵12的反射波長(zhǎng)，改變雙波長(zhǎng)激光 的波長(zhǎng)間隔，第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72中輸出微波/毫 米波的頻率的調(diào)諧。
實(shí)施例四
構(gòu)成薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器的部件之間的連接，見(jiàn)圖1。 第一2x2耦合器43的端口431和端口432熔接在一起，構(gòu)成薩格納克環(huán)。 選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第一有源光纖21和選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的第二有源光纖22，第一 有源光纖21和第二有源光纖22為摻鈥有源光纖。
光纖光柵11選擇普通光纖光柵和光纖光柵12選擇普通光纖光柵12。第一2x2耦合器43的端口433依次連接第一有源光纖21、第一偏振控制器61、 第一光纖光柵ll、第一 WDM41、第一光隔離器51。
第一泵浦光31通過(guò)第一WDM41耦合進(jìn)第一有源光纖21，第一光纖光柵ll 與薩格納克環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一2x2耦合器43的端口434、第二有源光纖22、第二偏振控制器62、第二 光纖光柵12、第二 WDM42、第二光隔離器52依次連接。
第二泵浦光32通過(guò)第二 WDM42耦合進(jìn)第二有源光纖22、第二光纖光柵12 與薩格納克環(huán)構(gòu)成激光諧振腔，產(chǎn)生單波長(zhǎng)激光。
第一光隔離器51輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 441連接；第二光隔 離器52輸出端與第二 2x2耦合器44的端口 442連接，通過(guò)第二 2x2耦合器44 的端口 443和端口 444輸出到第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電探測(cè)器72 中。
調(diào)制第一泵浦光31或/和第二通泵浦光32功率，同時(shí)調(diào)整第一光纖光柵11 或/和第二光纖光柵12的反射波長(zhǎng)，在第一高速光電探測(cè)器71和第二高速光電 探測(cè)器72中實(shí)現(xiàn)變頻的調(diào)制微波/毫米波信號(hào)輸出。
權(quán)利要求1. 一種薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器，其特征是第一2×2耦合器(43)的同側(cè)的端口(431)和端口(432)連接在一起構(gòu)成薩格納克環(huán)；第一2×2耦合器(43)的端口(433)依次連接第一有源光纖(21)、第一偏振控制器(61)、第一光纖光柵(11)、第一波分復(fù)用器(41)、第一光隔離器(51)、第二2×2耦合器(44)的端口(441)；第一2×2耦合器(43)的端口(434)依次連接第二有源光纖(22)、第二偏振控制器(62)、第二光纖光柵(12)、第二波分復(fù)用器(42)、第二光隔離器(52)、第二2×2耦合器(44)的端口(442)；第二2×2耦合器(44)的端口(443)和(444)分別接第一接高速光電探測(cè)器(71)和第二高速光電探測(cè)器((72)；第一泵浦光(31)通過(guò)第一波分復(fù)用器(41)和第二泵浦光(32)通過(guò)第二波分復(fù)用器(42)分別耦合進(jìn)第一有源光纖(21)和第二有源光纖(22)中，第一光纖光柵(11)和第二光纖光柵(12)與薩格納克環(huán)構(gòu)成諧振腔，兩個(gè)諧振腔產(chǎn)生的激光經(jīng)第二2×2耦合器(44)合波后輸出到第一高速光電探測(cè)器(71)或/和第二高速光電探測(cè)器(72)中，從高速光電探測(cè)器中輸出微波/毫米波信號(hào)；調(diào)制第一泵浦光(31)或/和第二泵浦光(32)功率，即調(diào)制從第一高速光電探測(cè)器(71)和第二高速光電探測(cè)器(72)中輸出微波/毫米波的功率，得到調(diào)制了的微波/毫米波信號(hào)；調(diào)整第一光纖光柵(11)或/和第二光纖光柵(12)的反射波長(zhǎng)，改變雙波長(zhǎng)激光的波長(zhǎng)間隔，實(shí)現(xiàn)輸出微波/毫米波的頻率的調(diào)諧；同時(shí)采用調(diào)整第一泵浦光(31)或/和第二泵浦光(32)功率、調(diào)整第一光纖光柵(11)或/和第二光纖光柵(12)的反射波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)變頻的調(diào)制微波/毫米波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器，其特征是第一和第二有源光纖為稀土摻雜光纖，摻鉺、摻鐿、摻鈥、鐿鉺共摻、 摻釷、摻鐠或摻釹光纖；第一和第二光纖光柵為保偏光纖光柵或普通光纖光柵。
專利摘要一種薩格納克光纖環(huán)雙路微波/毫米波發(fā)生器，其第一2×2耦合器同側(cè)的端口(431)和(432)連接構(gòu)成薩格納克環(huán)；第一2×2耦合器端口(433)和(434)依次連接第一、第二有源光纖(21)、第一、第二偏振控制器(61)、第一、第二光纖光柵(11)、第一、第二波分復(fù)用器(41)、第一、第二光隔離器(51)經(jīng)第二2×2耦合器端口(441)和(442)分別與第一、第二接高速光電探測(cè)器(71)和(72)連。第一第二泵浦光(31)和(32)分別通過(guò)第一、第二波分復(fù)用器(41)和(42)耦合進(jìn)第一、第二有源光纖(21)中，產(chǎn)生的激光經(jīng)第二2×2耦合器合波后，高速光電探測(cè)器中輸出微波/毫米波信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK201234258SQ20082010922
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者寧提綱, 晶 李, 祁春慧, 胡旭東, 董小偉, 麗 裴, 乂 阮 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)