基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法，属于微波光子学技术领域。该多模光电振荡器包括：激光器、强度调制器、电调延时光纤、掺铒光纤放大器、光电探测器、电放大器以及功分器；所述激光器与所述强度调制器连接，所述强度调制器、掺铒光纤放大器、光电探测器、电放大器、功分器以及耦合器依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤连接所述强度调制器与所述掺铒光纤放大器。本发明专利技术采用自由光谱范围可调的多模光电振荡器，以及可快速连续调节的电调延时光纤，可以实现更宽频率范围的弱信号的快速探测及放大。

Weak Signal Detection and Amplification System and Method Based on Multimode Photoelectric Oscillator

The invention provides a weak signal detection and amplification system and method based on a multi-mode photoelectric oscillator, which belongs to the technical field of microwave photonics. The multimode photoelectric oscillator includes a laser, a intensity modulator, an electrically tuned delay fiber, an erbium-doped fiber amplifier, a photoelectric detector, an electric amplifier and a power splitter; the laser is connected with the intensity modulator, the erbium-doped fiber amplifier, a photoelectric detector, an electric amplifier, a power splitter and a coupler to form a loop in turn. The intensity modulator and the erbium-doped fiber amplifier are connected by an electrically tuned delay optical fiber. The invention adopts a multi-mode optoelectronic oscillator with adjustable free spectrum range and a time-delay fiber with fast and continuous adjustment, so as to realize fast detection and amplification of weak signals in a wider frequency range.

【技术实现步骤摘要】
基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法
本专利技术涉及微波光子学
，尤其涉及一种基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法。
技术介绍
在雷达和电子战等系统中，有时需要对未知的微波信号进行快速频率测量，而待测信号频率可能分布在较宽的频带内，采用纯电子学的方法测量，由于囿于电子器件的局限性，使得所能测量的频带宽度有限。运用微波光子技术实现射频信号频率的超快的测量，需要将截获的雷达微波信号调制到光波上，通过一定的光路结构，产生一个仅与待测微波信号频率有关的幅度比较函数，进而得到待测信号的频率。近几年的研究中，国际上的相关的研究人员提出了多种光路结构，并进行了相应的实验验证，取得了比较好的效果。其中主要的方法中包括有，光子辅助的基于光纤布拉格光栅(FBG)的扫频微波信号测量技术，基于光频梳滤波器的光子辅助的微波信号频率测量，基于检测微波信号功率技术的微波频率测量，基于频移循环延迟线(FS-RDL)技术的微波信号频率测量技术等等，这些技术可以实现单频，多频、快速的频率检测，但是当接收到的信号是弱信号的时候，很难实现上述功能。光电振荡器基于其注入锁定技术，已经被验证由测频的功能，同时光电振荡器还可以为弱信号提供必要的增益。但是如今广泛被研究得单模光电振荡器由于窄带滤波器的作用，只能对很窄的频率范围内的弱信号实现探测，难以实现宽带的高速地弱信号的探测。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，包括：激光器1、强度调制器2、电调延时光纤3、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6、功分器7以及耦合器8；所述激光器1与所述强度调制器2连接，所述强度调制器2、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6、功分器7以及耦合器8依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤3用于连接所述强度调制器2与所述掺铒光纤放大器4。在一些实施例中，所述强度调制器2用于调制所述激光器1发出的光信号；所述掺铒光纤放大器4用于对所述电调延时光纤3传送的光信号进行放大；所述光电探测器5用于将所述掺铒光纤放大器4传送的光信号转换为电信号；所述电放大器6用于将所述光电探测器5传送的电信号进行放大；所述功分器7用于将光电放大器6传送的电信号分为两部分，一部分用于输出，一部分通过耦合器与接收到的待测弱信号耦合后反馈至强度调制器2。在一些实施例中，所述激光器1与所述强度调制器2之间以及所述掺铒光纤放大器4与所述光电探测器5之间均通过光纤连接；所述光电探测器5、电放大器6、功分器7、耦合器8以及强度调制器2之间通过电缆连接。在一些实施例中，所述电调延时光纤3为具有光学非线性的微波储能元件，其接入线路中的长度为可连续调节的，长度为数厘米至数十千米；所述电调延时光纤3用于稳定输出。在一些实施例中，所述多模光电振荡器的自由光谱范围由所述环路的长度以及光纤折射率决定，具体公式为：其中，n是光纤折射率，c是真空中的光速，L是所述环路的长度。在一些实施例中，所述环路的长度L决定于所述电调延时光纤3的长度，因此所述电调延时光纤3的长度与待测弱信号的频率之间的映射关系为：其中，f为所述待测弱信号的频率，L1为第一次多模光电振荡器的起振频率与所述待测弱信号的频率相匹配时，所述电调延时光纤3的长度；L2为第二次多模光电振荡器的起振频率与所述待测弱信号的频率相匹配时，所述电调延时光纤3的长度。在一些实施例中，所述电调延时光纤3的长度变化周期与信号在所述环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件：nT＝Tr其中，n是正整数，T是电调延时光纤长度的变化周期，Tr是信号在所述环路中传输一周的延时。在一些实施例中，所述电调延时光纤3的长度与待测弱信号的频率之间的映射关系为：其中，f为所述待测弱信号的频率，t1表示所述电调延时光纤3的长度为L1时的时间；t2表示所述电调延时光纤3的长度为L2时的时间。在一些实施例中，所述环路的色散为零，以使不同频率的信号在所述环路中具有相同的延时。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种采用上述实施例所提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统的弱信号探测放大方法，所述方法包括：激光器1发出光信号并传输至强度调制器2；所述强度调制器2对所述光信号进行强度调制，并经过电调延时光纤3传送给掺铒光纤放大器4；所述掺铒光纤放大器4将所述经过强度调制的光信号进行放大，并传输至光电探测器5；所述光电探测器5将所述放大后的光信号转换为电信号，并传输至电放大器6对所述电信号进行放大；调节所述掺铒光纤放大器4或者电放大器6为所述环路提供的增益，使所述弱信号探测放大系统处于预设阈值状态；经过所述电放大器6放大后的电信号传输至功分器7分为两部分，一部分用于输出，一部分传输至耦合器8与接收到的待测弱信号耦合后反馈回强度调制器2；调节所述电调延时光纤3的长度，当所述待测弱信号的频率与所述多模光电振荡器的起振频率相匹配时，记录所述电调延时光纤3的长度；根据记录的所述电调延时光纤3的长度，得到所述待测弱信号的频率。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本专利技术提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法，通过调节电调延时光纤的长度实现自由光谱范围可调节的多模光电振荡器，进而实现对更宽频率范围的弱信号的探测及放大；(2)本专利技术提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统及方法，通过采用快速周期性连续可调节的电调延时光纤，并使电调延时光纤的变化周期与信号在多模光电振荡器中传输一周的延时相匹配，以产生高灵敏度的周期波形，实现对更宽频率范围的弱信号的快速探测及放大。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统的结构示意图；图2为多模光电振荡器对弱信号探测的原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大方法的流程图。上述附图中，附图标记含义具体如下：1-激光器；2-强度调制器；3-电调延时光纤；4-掺铒光纤放大器；5-光电探测器；6-电放大器；7-功分器；8-耦合器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，如图1所示，图1为本专利技术实施例提供的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统的结构示意图，该基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统包括：激光器1、强度调制器2、电调延时光纤3、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6、功分器7以及耦合器8；其中：激光器1与强度调制器2连接，强度调制器2、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6、功分器7以及耦合器8依次首尾连接形成环路，电调延时光纤3连接强度调制器2与掺铒光纤放大器4。其中，电调延时光纤3为具有光学非线性的高Q值微波储能元件，其接入线路中的长度可连续调节，长度为数厘米至数十千米，用于稳定输出，产生高灵敏度的周期波形。在本实施例中，强度调制器2用于调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，包括：激光器(1)、强度调制器(2)、电调延时光纤(3)、掺铒光纤放大器(4)、光电探测器(5)、电放大器(6)、功分器(7)以及耦合器(8)；所述激光器(1)与所述强度调制器(2)连接，所述强度调制器(2)、掺铒光纤放大器(4)、光电探测器(5)、电放大器(6)、功分器(7)以及耦合器(8)依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤(3)与所述强度调制器(2)及所述掺铒光纤放大器(4)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，包括：激光器(1)、强度调制器(2)、电调延时光纤(3)、掺铒光纤放大器(4)、光电探测器(5)、电放大器(6)、功分器(7)以及耦合器(8)；所述激光器(1)与所述强度调制器(2)连接，所述强度调制器(2)、掺铒光纤放大器(4)、光电探测器(5)、电放大器(6)、功分器(7)以及耦合器(8)依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤(3)与所述强度调制器(2)及所述掺铒光纤放大器(4)连接。2.根据权利要求1所述的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，所述强度调制器(2)用于调制所述激光器(1)发出的光信号；所述掺铒光纤放大器(4)用于对所述电调延时光纤(3)传送的光信号进行放大；所述光电探测器(5)用于将所述掺铒光纤放大器(4)传送的光信号转换为电信号；所述电放大器(6)用于将所述光电探测器(5)传送的电信号进行放大；所述功分器(7)用于将光电放大器(6)传送的电信号分为两部分，一部分用于输出，一部分通过耦合器与接收到的待测弱信号耦合后用于反馈至强度调制器(2)。3.根据权利要求1所述的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，所述激光器(1)与所述强度调制器(2)之间以及所述掺铒光纤放大器(4)与所述光电探测器(5)之间均通过光纤连接；所述光电探测器(5)、电放大器(6)、功分器(7)、耦合器(8)以及强度调制器(2)之间通过电缆连接。4.根据权利要求1所述的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，所述电调延时光纤(3)为具有光学非线性的微波储能元件，其接入线路中的长度为可连续调节的，长度为数厘米至数十千米；所述电调延时光纤(3)用于稳定输出。5.根据权利要求1所述的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，所述多模光电振荡器的自由光谱范围由所述环路的长度以及光纤折射率决定，具体公式为：其中，n是光纤折射率，c是真空中的光速，L是所述环路的长度。6.根据权利要求5所述的基于多模光电振荡器的弱信号探测放大系统，其特征在于，所述环路的长度L决定于所述电调延时光纤(3)的长度，因此所述电调延时光纤(3)的长度与待测弱信号的频...

【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