一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法制造方法及图纸

技术编号:19749886 阅读:49 留言:0更新日期:2018-12-12 05:31
本发明专利技术公开了一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法,产生装置包括可调谐激光源、光学耦合器、光电探测器、射频频谱分析仪、射频信号源、级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器、带通滤波器和光放大器,所述射频信号源为级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器提供驱动电压。本发明专利技术具有频带范围宽、功率水平高、平坦度好等优点,产生的微波频率梳具有良好的频谱特性,在频谱带宽和平坦度上兼具优势,可以在高速无线通信以及卫星转发器系统中得到重要的应用。本发明专利技术基于级联MZM调制器的光学回路,只需改变射频驱动信号RF即可得到不同间距的微波频率梳,结构非常简单。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法
本专利技术涉及一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法,属于微波频率梳的光学产生

技术介绍
从信号产生的角度来说,优质的微波信号源是一切微波领域应用的基础。所以高纯度、低相位噪声和可调谐的微波信号的产生技术成为目前研究热点。相对于单频微波源,微波频率梳(MFC,MicrowaveFrequencyComb,由一系列频率间隔相等的离散微波信号构成,可以在一个频段内同时提供多个不同频率的微波信号)具有谱线数目多、频率范围宽、谱线间距精密度高等优点,在信道化光发射机、接收器和通信卫星转发器系统等方面有着广泛的应用。现有的微波频率梳获取方案可以分为电学和光学两种。但是随着人们的要求日益提高:要求微波频率梳频率间隔可调,带宽宽,超平坦。导致电子电路的设计和加工更加复杂,从而导致了昂贵的花费。另一方面,光生微波方法能够有效地克服“电子瓶颈”,产生的光生微波信号具有大带宽、抗电磁干扰,低损耗和宽可调范围等优点,所以光生微波技术受到越来越广泛的关注。目前主要的方法有:利用光电(OEO)环微波动态锁定激光器产生的光学频率梳经光电探测器(PD)拍频得到微波频率梳;利用光纤的中的非线性效应产生光学频率梳,经PD拍频后获得低功率的微波频率梳;基于光纤布里渊散射(SBS)和四波混频(FWM)均衡效应产生微波频率梳;利用单个马赫增德尔或者多个马赫增德尔串联或者级联的方式,产生光学频率梳,再经过PD拍频获得微波频率梳。然而在已有的微波频率梳方案中,产生的微波频率梳的频谱带宽窄、频率分量较少、频谱平坦度较低,功率较小,这些问题有待解决。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足,本专利技术目的是提供一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置及其方法,从而产生的微波频率梳功率高、频谱带宽宽、频谱平坦。为了实现上述目的,本专利技术是通过如下的技术方案来实现:本专利技术的包括可调谐激光源、光学耦合器、光电探测器、与光电探测器输出端相连接的射频频谱分析仪、射频信号源、级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器、带通滤波器和光放大器;可调谐激光源作为种子光源,注入到由光学耦合器、射频信号源、级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器、带通滤波器和光放大器组成的光学回路中,产生的光梳由光电探测器拍频,由所述射频频谱分析仪观察得到微波梳;射频信号源为级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器提供驱动电压。上述射频信号源的频率决定宽带超平坦微波频率梳的频率间隔。上述第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器控制调制器的偏置电压和相邻调制器之间的相位差,使其产生平坦的梳状谱线。上述带通滤波器通带宽度用于决定产生的光梳的梳线数。上述可调谐激光源为激光二极管。上述带通滤波器为宽带可调谐带通滤波器。本专利技术产生装置的产生方法,具体包括以下步骤:(1)将所述可调谐激光源作为种子光源通过光学耦合器注入到级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器中,用于产生频率间隔等于2倍RF信号频率的光梳;(2)通过所述带通滤波器降低所述光放大器中的ASE噪声,滤出平坦度好的光谱段;(3)所述光放大器用来补偿级联的第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器所吸收光信号的损耗,并将光梳功率放大至种子光源水平;(4)将经过所述光放大器的光梳与种子光源耦合,作为回路下一次的输入,此回路循环多次达到稳态后,即可获得频率间隔等于2倍RF信号频率光梳,将光梳注入到光电探测器中拍频,即可获得高功率、宽带宽、超平坦的稳定微波频率梳。步骤(1)中,所述第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器都被偏置在最大传输点;所以它们的输出仅包含偶数阶边带,但由于所述第一马赫增德尔调制器及第二马赫增德尔调制器被驱动的RF信号相位差相差-90°,两者产生的载波、二阶边带被抵消,高于4阶的边带幅度小,故经过级联MZM调制器。本专利技术具有频带范围宽、功率水平高、平坦度好等优点,产生的微波频率梳具有良好的频谱特性,在频谱带宽和平坦度上兼具优势,可以在高速无线通信以及卫星转发器系统中得到重要的应用。本专利技术基于级联MZM调制器的光学回路,只需改变射频驱动信号RF即可得到不同间距的微波频率梳,结构非常简单。本专利技术所得的微波频率梳功率高、带宽宽、平坦性好。附图说明图1是本专利技术微波频率梳产生装置的结构示意图;图2(a)是光源功率为-10dBm,RF信号频率为10GHz情况下,得到的边带梳状光谱;图2(b)是边带梳状光谱拍频得到的高功率、宽带超平坦微波频率梳的频谱图;图3(a)是光源功率为-10dBm,RF信号频率为20GHz情况下,得到的边带梳状光谱;图3(b)是边带梳状光谱拍频得到的高功率、宽带超平坦微波频率梳的频谱图;图4(a)是光源功率为-20dBm,RF信号频率为20GHz情况下,得到的边带梳状光谱;图4(b)是边带梳状光谱拍频得到的高功率、宽带超平坦微波频率梳的频谱图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本专利技术。如图1所示,本专利技术的高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,包括可调谐激光源-TLS1、光学耦合器-OC2、射频频谱分析仪-ESA4、光电探测器-PD3、射频信号源-RF5、第一马赫增德尔调制器-MZM6、第二马赫增德尔调制器-MZM7、带通滤波器-TBPF8和光放大器-OA9。本专利技术的高功率宽带超平坦微波频率梳的产生方法,包括如下步骤:(1)种子光源通过OC入射到光学回路中级联的两个MZM中,发生强度调制,产生了两个4阶边带。即最终产生频率间隔为RF信号频率2倍的新谱线。(2)带通滤波器降低OA放大器中的ASE噪声,滤出平坦度较好的光谱段。(3)OA放大器用来补偿级联MZM调制器所吸收光信号的损耗,并将光梳功率放大至种子光源水平。(4)经过OA放大器的新谱线与种子光源耦合作为回路下一次的输入,此回路循环N次达到稳态后,可获得频率间隔等于2倍RF信号频率的光梳,光梳注入到光电探测器(PD)中拍频,获得高功率、宽带宽、超平坦的稳定微波频率梳。初步设置可调谐激光源的中心频率为193.1THz,光功率为-10dBm,初始相位为0,线宽为0.001MHz;射频信号源RF的频率为10GHz;级联MZM调制器中的半波电压4V、光插入损耗100dB、电移相器相移为90°;光电探测器PD的响应度为1A/W;实施例一:光源输出的光通过光学耦合器后注入到由射频驱动信号驱动的级联MZM调制器后,设置两个马赫增德尔调制器之间相位差为-90°,两个马赫曾德尔调制器均工作在最小偏置点,可以产生2根功率相等的光;掺铒光纤放大器EDFA的铒(Er)离子掺杂浓度为1025/m3,泵浦功率为980mW,长度为5.6m,用来补偿光信号的损耗,将新频率谱线功率放大至种子光源水平。被放大的新谱线与种子光源耦合,构成新的光源频谱。经过数次迭代循环后,得到的光梳注入到PD中拍频,得到频率间距为20GHz,频谱带宽为300GHz,平坦度为1.2dB的微波频率梳,参见图2(a)和图2(b)。实施例二:其他参数保持不变,设置驱动射频信号的频率为20GHZ得到频率间距为40GHz,频谱带宽为300GHz,平坦度为0本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,其特征在于:包括可调谐激光源(1)、光学耦合器(2)、光电探测器(3)、与光电探测器(3)输出端相连接的射频频谱分析仪(4)、射频信号源(5)、级联的第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)、带通滤波器(8)和光放大器(9);可调谐激光源(1)作为种子光源,注入到由光学耦合器(2)、射频信号源(5)、级联的第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)、带通滤波器(8)和光放大器(9)组成的光学回路中,产生的光梳由光电探测器(3)拍频,由所述射频频谱分析仪(4)观察得到微波梳;所述射频信号源(5)为级联的第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)提供驱动电压。

【技术特征摘要】
1.一种高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,其特征在于:包括可调谐激光源(1)、光学耦合器(2)、光电探测器(3)、与光电探测器(3)输出端相连接的射频频谱分析仪(4)、射频信号源(5)、级联的第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)、带通滤波器(8)和光放大器(9);可调谐激光源(1)作为种子光源,注入到由光学耦合器(2)、射频信号源(5)、级联的第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)、带通滤波器(8)和光放大器(9)组成的光学回路中,产生的光梳由光电探测器(3)拍频,由所述射频频谱分析仪(4)观察得到微波梳;所述射频信号源(5)为级联的第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)提供驱动电压。2.根据权利要求1所述的高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,其特征在于:所述射频信号源(5)的频率决定宽带超平坦微波频率梳的频率间隔。3.根据权利要求1所述的高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,其特征在于:所述第一马赫增德尔调制器(6)及第二马赫增德尔调制器(7)控制调制器的偏置电压和相邻调制器之间的相位差,使其产生平坦的梳状谱线。4.根据权利要求1所述的高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,其特征在于:所述带通滤波器(8)通带宽度用于决定产生的光梳的梳线数。5.根据权利要求1所述的高功率宽带超平坦微波频率梳的产生装置,其特征在于:所述可调谐激光源(...

【专利技术属性】
技术研发人员:李培丽张丰
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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