一种基于光电振荡环路结构的双啁啾波形信号发生器制造技术

一种基于受激布里渊散射效应和光电振荡环路结构的双啁啾波形信号发生器，属于微波光子学技术领域。由第一激光器、第一光耦合器、光相位调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环行器、掺铒光纤放大器、第一光滤波器、第二光耦合器、光电探测器、射频放大器、射频功分器、低通滤波器、第二激光器、马赫

【技术实现步骤摘要】
一种基于光电振荡环路结构的双啁啾波形信号发生器


[0001]本专利技术属于微波光子学
，具体涉及一种基于受激布里渊散射效应和光电振荡环路结构的双啁啾波形信号发生器。

技术介绍

[0002]随着无线通信和探测技术的发展，雷达技术已经被广泛的应用于军事和民用领域的各个方面。在雷达技术中，雷达波形是决定雷达系统性能的重要部分，而在众多种类雷达波形中，双啁啾信号能够为雷达系统提供较大探测范围和较高的距离分辨率，同时还能降低距离
‑
多普勒耦合，提升雷达系统的距离
‑
多普勒分辨率；此外，双啁啾信号还能降低信号传输过程中的功率衰落。因此，双啁啾波形信号的产生对于提高雷达系统性能具有重要的意义，具有重要的实用价值。Dan Zhu等人使用双驱动马赫
‑
曾德尔调制器将基频信号和啁啾信号混频，再通过高通滤波器滤除杂波分量，从而得到双啁啾信号。该结构产生的双啁啾信号中心频率为6GHz，带宽可达2GHz(Dan Zhu,Jianping Yao,Dual
‑
Chirp Microwave Waveform Generation Using a Dual
‑
Parallel Mach
–
Zehnder Modulator,IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.27,no.13,pp.1410
‑
1413,Jul.2015)。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于受激布里渊散射效应和光电振荡环路结构的大带宽的双啁啾波形信号发生器。
[0004]本专利技术所述的双啁啾波形信号发生器的结构如图1所示，由第一激光器、第一光耦合器、光相位调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环行器、掺铒光纤放大器、第一光滤波器、第二光耦合器、光电探测器、射频放大器、射频功分器、低通滤波器、第二激光器、马赫
‑
曾德尔调制器、第二光滤器、任意波形发生器、直流稳压电源组成；其中，第一激光器、第一光耦合器、光相位调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环行器、掺铒光纤放大器、第一光滤波器、第二光耦合器、光电探测器、射频放大器、射频功分器和低通滤波器构成光电振荡环路。
[0005]第一激光器输出频率为f
c
的光信号被第一光耦合器分成两个支路，其中一个支路的光信号进入到掺铒光纤放大器中，记为第一支路101；另一支路的光信号进入到光相位调制器中作为光载波，记为第二支路201；第一支路101的光信号经过掺铒光纤放大器进行功率放大后，通过光环形器的1端口进入到高非线性光纤中作为受激布里渊散射效应的泵浦光；第二支路201的光载波被来自射频功分器的输出信号调制，射频功分器的输出信号最初来自射频放大器的本底噪声，相位调制后的光信号光谱图如图2(1)所示，相位调制会在光载波的两边形成功率相等的调制边带。调制后的光信号通过光隔离器后进入高非线性光纤中，光隔离器不会改变光信号的频率，对于正向传输的光信号，光隔离器具有较小的光损耗，而对于反向输入的光具有较大的损耗，因此光隔离器可以阻碍反向光信号的传播，在本专利技术中用于防止光环行器2端口向光相位调制器的输出端注入光信号影响相位调制器的工作状态。当环行器1端口输入的频率f
c
的泵浦光达功率达到高非线性光纤的布里渊阈值时，
在高非线性光纤中会发生受激布里渊散射效应，受激布里渊散射效应会产生增益谱和损耗谱，如图2(2)中曲线所示；增益谱出现在泵浦光的下变频区，损耗谱出现在泵浦光的上变频区，增益谱和损耗谱的中心频率与泵浦光的频率差定义为布里渊频移f
b
；经过受激布里渊散射效应后，光相位调制信号的下边带被放大，上边带被抑制，相位调制信号边带的功率平衡关系被打破；受激布里渊散射效应的增益谱和损耗谱具有良好的窄带特性，可以用于光电振荡器的选频，由于在光电振荡环路中，只有满足开环增益大于1的频率分量才能在振荡器环路中形成稳定振荡，因此，在系统达到稳态时，只有位于布里渊增益谱内的频率分量会被选择出来，形成稳定振荡，而其他的频率分量由于没有足够的环路增益，因此不会在光电振荡环路中形成稳定振荡，稳定振荡时的光谱图如图2(3)所示，增益谱内的频率分量产生了稳定的调制边带，而其他噪声分量在光电振荡环路中被抑制；由于在本专利技术中射频调制信号的功率较小，调制深度较低，因此高阶边带的功率都比较小，可以忽略不计，因此在理论分析中只考虑正、负一阶边带，光载波左侧边带记为负一阶边带，光载波右侧边带记为正一阶边带。此外，受激布里渊散射效应的增益与泵浦光的功率大小有关，通过调节101支路掺铒光纤放大器的增益，可以设置受激布里渊散射效应中泵浦光的功率，从而调节受激布里渊散射效应的布里渊增益，通过合理的设置101支路通过光环行器1端口注入到高非线性光纤的功率，可以使201支路经过受激布里渊散射效应后的光信号的负一阶边带的功率与光载波功率相等，以便于后续产生双啁啾信号时使两个反方向啁啾的射频分量具有相同的功率；经过受激布里渊散射后的光调制信号从环行器的3端口输出到第一光滤波器中；第一光滤波器为带通滤波器，通带为光载波和负一阶边带之间，如图3中的曲线所示；第一光滤波器的作用是滤除光载波和负一阶边带以外的光频率分量，同时一定程度的抑制受激布里渊散射产生的自发辐射噪声，滤波后的光谱图如图3所示。与此同时，第二激光器发出频率同为f
c
的光载波输入到马赫
‑
曾德尔调制器中作为第三支路，记为支路301；直流稳压电源用于为马赫
‑
曾德尔调制器提供直流偏压，直流偏压的电压值设置为V
π
，使马赫
‑
曾德尔调制器工作在光载波抑制的双边带调制状态，其中V
π
是马赫
‑
曾德尔调制器的半波电压；任意波形发生器用于发出一个单啁啾的基频调制信号f
chirp
，作为马赫
‑
曾德尔调制器的射频调制信号，经马赫
‑
曾德尔调制器调制后的光信号光谱如图4(1)所示，由于高阶调制边带的功率很小因此忽略高阶边带的影响，两个一阶边带的频率为f
c
±
f
chirp
，每个调制边带都是线性啁啾的扫频光边带，每个调制边带的扫频带宽和扫频周期与任意波形发生器产生的单啁啾信号的扫频带宽和扫频周期相同；第二光滤波器用于选出下变频的调制边带，抑制其他光谱分量，从而得到了扫频光信号输出如图4(2)所示；将第二光滤波器输出的扫频光信号记为f
FS
，由图4(2)可以看出，f
FS
＝f
c
‑
f
chirp
；第二光滤波器的输出信号在第二光耦合器中与第一光滤波器的输出信号耦合为一路信号，合路后的光信号光谱示意图如图5(1)所示，合路后的光信号有三个光谱分量，分别是光载波f
c
、光相位调制信号的负一阶边带f
c
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊散射效应和光电振荡环路结构的双啁啾波形信号发生器，其特征在于：(1)由第一激光器、第一光耦合器、光相位调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环行器、掺铒光纤放大器、第一光滤波器、第二光耦合器、光电探测器、射频放大器、射频功分器、低通滤波器、第二激光器、马赫
‑
曾德尔调制器、第二光滤器、任意波形发生器、直流稳压电源组成；其中，第一激光器、第一光耦合器、光相位调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环行器、掺铒光纤放大器、第一光滤波器、第二光耦合器、光电探测器、射频放大器、射频功分器和低通滤波器构成光电振荡环路；(2)第一激光器输出频率为f
c
的光信号被第一光耦合器分成两个支路，其中一个支路的光信号进入到掺铒光纤放大器中，记为第一支路101；另一支路的光信号进入到光相位调制器中作为光载波，记为第二支路201；第一支路101的光信号经过掺铒光纤放大器进行功率放大后，通过光环形器的1端口进入到高非线性光纤中作为受激布里渊散射效应的泵浦光；第二支路201的光载波被来自射频功分器的输出信号调制，相位调制会在光载波的两边形成功率相等的调制边带，调制后的光信号通过光隔离器后进入高非线性光纤中；当环行器1端口输入的频率f
c
的泵浦光达功率达到高非线性光纤的布里渊阈值时，在高非线性光纤中会发生受激布里渊散射效应，受激布里渊散射效应会产生增益谱和损耗谱；增益谱出现在泵浦光的下变频区，损耗谱出现在泵浦光的上变频区，增益谱和损耗谱的中心频率与泵浦光的频率差定义为布里渊频移f
b
；经过受激布里渊散射效应后，光相位调制信号的下边带被放大，上边带被抑制，经过受激布里渊散射后的光调制信号从环行器的3端口输出到第一光滤波器中；第一光滤波器为带通滤波器，通带为光载波和负一阶边带之间；(3)第二激光器发出频率同为f
c
的光载波输入到马赫
‑
曾德尔调制器中作为第三支路，记为支路301；马赫
‑
曾德尔调制器工作在光载波抑制的双边带调制状态；任意波形发生器用于发出一个单啁啾的基频调制信号f
cHirp
，作为马赫
‑
曾德尔调制器的射频调制信号，忽略高阶边带的影响，两个一阶边带的频率为f
c
±
f
cHirp
，每个调制边带都是线性啁啾的扫频光边带，每个调制边带的扫频带宽和扫频周期与任意波形发生器产生的单啁啾信号的扫频带宽和扫频周期相同；(4)第二光滤波器选出下变频的调制边带，抑制其他光谱分量，将第二光滤波器输出的扫频光信号记为f
FS
＝f
c
‑
f
cHirp
；第二光滤波器的输出信号在第二光耦合器中与第一光滤波器的输出信号耦合为一路信号，合路后的光信号有三个光谱分量，分别是光载波f
c
、光相位调制信号的负一阶边带f
c
‑
f
b
和扫频光信号f
FS
；第二光耦合器的输出光被送到光电探测器中拍频，光电探测器输出各个光谱分量的差频，产生的射频信号频谱分量有...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，周伟男，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：