基于受激布里渊散射可调光电振荡器的弱信号探测及方法技术

本公开提供了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统包括：可调谐激光器(1)、相位调制器(2)、高非线性光纤(3)、环行器(4)、掺铒光纤放大器(5)、光滤波器(6)、光电探测器(7)、功分器(8)、耦合器(9)、电放大器(10)、可调光衰减器(11)和泵浦激光器(12)。通过调谐信号光的中心波长，使得受激布里渊的损耗谱(增益谱)与相位调制器的一条一阶边带重合，从而损耗(增益)相位调制的一条边带，由相位调制转化为强度调制，从而将弱信号恢复出来，实现对所信号的探测与放大。

【技术实现步骤摘要】
基于受激布里渊散射可调光电振荡器的弱信号探测及方法
本公开涉及微波光子学
，尤其涉及一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统及方法。
技术介绍
关于弱信号的探测与放大，在实际生活中有着非常多且重要的应用，比如在雷达电子战，无线通信，还有天文学探测等方面。在实际中往往是在一个比较混乱的环境中接收到的较弱的信号，如何快速地把它们甄选解调出来并能对他们实施精准的探测与放大就显得尤为重要。很多测量放大的方法被提出但是很多都难以满足测量的瞬时性与大带宽的要求，提出的方法主要有基于电的系统以及基于微波光子学的方法等等。在电子学方案中，因为需要的带宽很窄的滤波器在技术上存在着限制，以及由系统中电放大器引入的噪声使得这个方向实现起来尤为困难。而微波光子学系统，具有着大带宽低损耗抗干扰等的优点为弱信号探测提供了一种可行的方向。比如微波光子学中的光电振荡器系统。以往的工作中，有方案采用多模光电振荡器为跟光电振荡器起振模式匹配的信号提供增益放大；再另外一篇文献中采用基于布拉格光栅的可调光电振荡器进行弱信号探测系统能对1.5GHz-5GHz的射频信号提供10dB的增益。但是该方案所能探测的频率范围较小，难以满足的探测需求。而提出的并通过实验验证过的基于受激布里渊散射损耗谱的光电振荡器系统则很好的弥补了这一缺陷。为了能够实现对弱信号更大频率范围的探测以及为弱信号提供更高的增益放大，本专利技术提出了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统，可以通过利用受激布里渊散射的增益谱和损耗谱等两种方案，来实现更大的频率探测范围以及更高增益效果的弱信号探测。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统包括：可调谐激光器、相位调制器、高非线性光纤、环行器、掺铒光纤放大器、光滤波器、光电探测器、功分器、耦合器、电放大器、可调光衰减器和泵浦激光器；其中，所述可调谐激光器1的输出端连接到相位调制器的第一输入端，泵浦激光器输出端连接到可调光衰减器输入端，可调光衰减器输出端连接到环形器第一输入端，相位调制器的输出端通过高非线性光纤连接到环形器第二输入端，环形器输出端依次连接掺铒光纤放大器、光滤波器、光电探测器及功分器，功分器第一输出端进行输出，第二输出端连接到耦合器的第一输入端，耦合器的第二输入端用于输入待探测的弱信号，耦合器的输出端连接到电放大器输入端，电放大器输出端连接到相位调制器第二输入端。在一些实施例中，可调谐激光器发出的信号光的一阶边带与泵浦光的受激布里渊散射的损耗谱或增益谱重合，实现系统从相位调制到强度调制的转化，通过调节可调节光衰减器控制对边带的增益大小，实现对弱信号的探测与放大。在一些实施例中，其中可调谐激光器，相位调制器，高非线性光纤，环行器，掺铒光纤放大器，光滤波器，光电探测器，可调光衰减器，泵浦激光器之间通过光纤连接。在一些实施例中，光电探测器、功分器、耦合器、电放大器、相位调制器之间通过电缆连接。在一些实施例中，可调谐激光器、相位调制器、可调光衰减器、泵浦激光器、高非线性光纤、光带通滤波器和光电探测器组成了一个微波光子滤波器，该微波光子滤波器的通频带由可调谐激光器的发光波长和受激布里渊散射的损耗谱的波长差决定。在一些实施例中，可调谐激光器为波长可快速连续调谐的DFB或DBR激光器。在一些实施例中，泵浦激光器为高功率单波长激光器。在一些实施例中，高非线性光纤为具有光学非线性的高Q微波储能元件，其长度为数米至数十千米。根据本公开的另一个方面，提供了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统的方法，包括：通过调节可调光衰减器控制泵浦激光器输出的进入高非线性光纤的泵浦光的光功率，将整个光电振荡器系统调节至阈值状态，通过相位调制器将系统接收的信号加载到光载波上形成两条正负一阶边带，此时泵浦激光器发出的泵浦光通过环形器进入到高非线性光纤中发生受激布里渊散射，产生一条布里渊散射损耗谱和一条增益谱；通过光带通滤波器将泵浦光与增益谱滤除掉，保留损耗谱，同时调节信号光的中心波长，使得光载波的其中一条一阶边带恰好与受激布里渊散射的损耗谱重合，达到损耗掉相位调制的其中一条边带，实现将相位调制转换成强度调制；系统工作过程中通过调节可调光衰减器的衰减大小控制损耗谱谱对边带的损耗效果；在光电探测器中得到一个对应于可调谐激光器发光波长和损耗谱对应波长之差的微波信号，弱信号被恢复并放大，通过计算可调谐激光器发出的光载波的中心波长与损耗谱对应的波长之差计算出射频信号的频率。根据本公开的另一个方面，提供了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统的方法，包括：将光电振荡器系统调至阈值状态下，整个光电系统接收到的弱信号通过相位调制器调制到可调谐激光器发出的光载波上；泵浦激光器在高非线性光纤中激发后向的受激布里渊散射，产生分布在在泵浦光左右两侧的损耗谱和增益谱，通过调谐可调谐激光器发出的光载波的中心波长，使得布里渊散射的增益谱恰好与被接收到的弱信号相位调制后的光载波的正一阶边带重合；利用受激布里渊散射的增益谱，可增益相位调制器调制产生正一阶边带，通过调节可调光衰减器控制增益谱对边带的增益效果，将相位调制转换成强度调制；该调制信号在光电探测器中拍频得到对应于可调谐激光器发光波长和损耗谱对应波长之差的微波信号，弱信号被恢复并将其进行了放大；通过计算可调谐激光器发光波长和损耗谱对应波长之差而得出弱信号的频率。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统及方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)通过调谐信号光的中心波长，使得受激布里渊的损耗谱(增益谱)与相位调制器的一条一阶边带重合，从而损耗(增益)相位调制的一条边带，由相位调制转化为强度调制，从而将弱信号恢复出来，实现对所信号的探测与放大；(2)通过利用受激布里渊散射的增益谱和损耗谱等两种方案，来实现更大的频率探测范围以及更高增益效果的弱信号探测，实现了对几十GHz数量级的微波信号的探测，同时对弱信号提供了较高的增益以及较好的频率探测误差。附图说明图1是本公开实施例基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统的结构示意图。图2是本公开实施例基于受激布里渊散射谱过受激布里渊散射损耗前后的光谱图。图3是本公开实施例基于受激布里渊增益谱经过受激布里渊散射增益前后的光谱图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1、可调谐激光器；2、相位调制器3、高非线性光纤；4、环行器5、掺铒光纤放大器；6、光滤波器7、光电探测器；8、功分器9、耦合器；10、电放大器11、可调光衰减器；12、泵浦激光器具体实施方式本公开提供了一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统及方法。利用可调谐激光器的波长快速可调谐性，相位调制器的调制特性，高非线性光纤的非线性特性，布里渊散射损耗谱的损耗特性(增益谱的增益特性)，以及光电振荡器的微波发生性能，来实现对弱信号的探测与放大。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统包括：可调谐激光器(1)、相位调制器(2)、高非线性光纤(3)、环行器(4)、掺铒光纤放大器(5)、光滤波器(6)、光电探测器(7)、功分器(8)、耦合器(9)、电放大器(10)、可调光衰减器(11)和泵浦激光器(12)；其中，所述可调谐激光器1的输出端连接到相位调制器(2)的第一输入端，泵浦激光器(12)输出端连接到可调光衰减器(11)输入端，可调光衰减器(11)输出端连接到环形器(4)第一输入端，相位调制器(2)的输出端通过高非线性光纤(3)连接到环形器(4)第二输入端，环形器(4)输出端依次连接掺铒光纤放大器(5)、光滤波器(6)、光电探测器(7)及功分器(8)，功分器(8)第一输出端进行输出，第二输出端连接到耦合器(9)的第一输入端，耦合器的第二输入端用于输入待探测的弱信号，耦合器(9)的输出端连接到电放大器(10)输入端，电放大器(10)输出端连接到相位调制器第二输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊散射的可调谐光电振荡器的弱信号探测系统包括：可调谐激光器(1)、相位调制器(2)、高非线性光纤(3)、环行器(4)、掺铒光纤放大器(5)、光滤波器(6)、光电探测器(7)、功分器(8)、耦合器(9)、电放大器(10)、可调光衰减器(11)和泵浦激光器(12)；其中，所述可调谐激光器1的输出端连接到相位调制器(2)的第一输入端，泵浦激光器(12)输出端连接到可调光衰减器(11)输入端，可调光衰减器(11)输出端连接到环形器(4)第一输入端，相位调制器(2)的输出端通过高非线性光纤(3)连接到环形器(4)第二输入端，环形器(4)输出端依次连接掺铒光纤放大器(5)、光滤波器(6)、光电探测器(7)及功分器(8)，功分器(8)第一输出端进行输出，第二输出端连接到耦合器(9)的第一输入端，耦合器的第二输入端用于输入待探测的弱信号，耦合器(9)的输出端连接到电放大器(10)输入端，电放大器(10)输出端连接到相位调制器第二输入端。2.根据权利要求1所述的弱信号探测系统，可调谐激光器(1)发出的信号光的一阶边带与泵浦光的受激布里渊散射的损耗谱或增益谱重合，实现系统从相位调制到强度调制的转化，通过调节可调节光衰减器(11)控制对边带的增益大小，实现对弱信号的探测与放大。3.根据权利要求1所述的弱信号探测系统，其中可调谐激光器(1)，相位调制器(2)，高非线性光纤(3)，环行器(4)，掺铒光纤放大器(5)，光滤波器(6)，光电探测器(7)，可调光衰减器(11)，泵浦激光器(12)之间通过光纤连接。4.根据权利要求3所述的弱信号探测系统，光电探测器(7)、功分器(8)、耦合器(9)、电放大器(10)、相位调制器(2)之间通过电缆连接。5.根据权利要求1所述的弱信号探测系统，可调谐激光器(1)、相位调制器(2)、可调光衰减器(11)、泵浦激光器(12)、高非线性光纤(3)、光带通滤波器(6)和光电探测器(5)组成了一个微波光子滤波器，该微波光子滤波器的通频带由可调谐激光器的发光波长和受激布里渊散射的损耗谱的波长差决定。6.根据权利要求1所述的弱信号探测系统，可调谐激光器(1)为波长可快速连续调谐的DFB或DBR激光器。7.根据权利要求1所述的弱信号探测系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，王光强，郝腾飞，祝宁华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11