一种基于双频激光器的光生可调谐微波源及稳频控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双频激光器的光生可调谐微波源及其稳频控制方法，光生可调谐微波源的谐振腔系统包含有依次排列的半导体光放大器芯片、准直透镜、可控半波片、偏振分光棱镜、可调谐滤波器、反射镜，反射镜由可调谐信号光vp反射腔镜面和固定频率激光信号vs反射腔镜面呈L形状组合而成，可调谐信号光vp反射腔镜面和固定频率激光信号vs反射腔镜面通过偏振分光棱镜对应的分光光路分别与半导体光放大器芯片输出端面形成谐振腔；可调谐信号光vp方向设置有可以使可调谐信号光vp反射腔镜面与半导体光放大器芯片形成的谐振腔实现光学腔长发生变化的激光器相位调节元件；采用本发明专利技术可以实现可调谐微波信号的发生，并使该微波信号具有可调谐带宽大、信号稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于双频激光器的光生可调谐微波源及其稳频控制方法，具体地说涉及一种可调谐双频激光器拍频产生微波信号的光生微波源以及对其频率稳定控制的方法，该光生可调谐微波源可用于光载射频系统，本专利技术属于通信领域。
技术介绍
微波在空间通信和地面移动通信中被视为通信波段，另外微波中的毫米波波长与飞机、舰船和建筑物相比很短，毫米波传播过程中遇到这些物体时，在表面会发生强烈的反射，这在军事雷达技术中应用广泛。尽管微波通信得到重视，但是其本身面临困难也日益突显1、微波向更高频率发展时遇到困难，超过IOGHz的微波信号在大气中传输衰减很大，其他的微波传输介质在长距离传输微波信号时损耗也很大，这就导致微波信号传输向高频拓展受限；2、有关高频射频信号带来的电磁辐射健康效应的研究暂无定论，但是危害现在还 不能排除。3、微波波长较短，绕开障碍物的能力较差，这样微波通信需要建立更多的基站从而造成成倍压力。综上所述，使用光载射频的方法使微波信号在光纤中传输可以有效地解决上述问题。另外，传统的微波源是由微波真空器件产生的或者石英晶振为主频、电容管倍频产生微波信号的方法都很难在高频产生很大的功率。而且传统的微波发生器很难在大范围内产生微波信号。而光生微波源则可以很好的解决这些问题，得到较大带宽的可调谐微波输出。用光学的手段产生高质量的微波信号，将光纤传输、高速光电子器件与微波信号在空间的辐射传输相互融合，已经成为下一代无线通信的发展方向。光生微波技术是利用激光器等光学器件，通过光学方式产生微波信号。目前最常用的光生微波技术是光拍频法，光拍频法产生的微波信号主要依赖与两个频率相近的相干窄线宽激光器。下面简要介绍一下光拍频法的基本原理如图Ia所示f\和f2分别是两个窄线宽激光器所输出的激光波长，其输出功率相等、偏振方向相同、相位关系稳定，两个激光波长的频率差为Af，当两束激光在空间上相互拍频后通过光电探测器即可以产生微波信号，其微波信号的频率是二者的频率之差即Af，如图Ib所示。为了得到低噪声和高稳定性的微波信号，就要求两束进行拍频的激光具有极高的相干性、偏振一致性和功率稳定性。迄今为止基于光拍频法的光生微波装置可以分为两类—种是使用两个独立激光器进行拍频产生微波信号，其中一个激光器频率固定，另一个激光器频率可调，利用光锁相环将两个激光器的相位进行锁定，例如文 章“Johansson LA, Seeds A J. Millimeter-wave modulated optical signalgeneration with high spectral purity and wide-locking bandwidth using afiber-integrated optical injection phase—lock loop. Photonics TechnologyLetters. 2000, 12:690-692”但是这种方法技术难度较大不利于实用。另一种是使用同一个激光器通过相关技术手段产生两个频率的激光，使得微波信号直接输出，例如美国专利US7539221Bl“fiber-laser-based gigahertz sources throughdifference frequency generation by nonlinear optical materials，，利用改变线型腔光纤激光器的双折射效应从而改变两个激光频率间隔实现微波信号的调谐，但是这种对激光器光纤施加应力的方法具有随机性，不利于自动化控制，并且整个激光器易受环境因素影响；美国专利US5497385 “optical microwave generator”利用在环形光纤激光器中设置了两个滤波器，使得两个频率不相等的激光同时在腔内起振产生拍频微波信号，但是这种基于光纤激光器的方法同样容易受环境因素影响导致两个频率激光偏振态不能很好匹配或者难以稳定，最终影响输出微波信号的质量；美国专利“US7142570B2apparatusand method for generation optical carrier for microwave and millimeterwavephotonics system”利用基频光与光纤中受激布里渊移频光进行拍频产生微波信号，但是这种方法难以产生大带宽的可调谐微波信号；中国专利“CN100421318C半导体激光器的双波长输出光子混频产生太赫兹波的装置”提到利用在外腔半导体激光器的腔内插入标准具和空间滤波器的方法产生双波长输出，两个波长激光的拍频信号进入太赫兹波段，但是这种方法难于实现拍频信号的调谐并且两个波长激光在腔内的增益均衡不容易保证
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的技术问题，提供通过一种基于双频激光器的光生可调谐微波源以及其稳频控制方法可以实现可调谐微波信号的发生，并使该微波信号具有可调谐带宽大、信号稳定等技术特点。本专利技术所采用的技术方案是一种基于双频激光器的光生可调谐微波源，包含有产生双频激光器的谐振腔系统、拍频微波信号的检测稳频系统和整个系统的控制单元三部分；所述的双频激光器的谐振腔系统包含有依次排列的半导体光放大器芯片、准直透镜、可控半波片、偏振分光棱镜、可调谐滤波器、反射镜，其半导体光放大器芯片的另一端依次设置有耦合输出透镜、隔离器；反射镜由可调谐信号光Vp反射腔镜面和固定频率激光信号Vs反射腔镜面呈L形状组合而成，可调谐信号光Vp反射腔镜面和固定频率激光信号Vs反射腔镜面通过偏振分光棱镜对应的的分光光路分别与半导体光放大器芯片输出端面形成谐振腔；可调谐信号光Vp方向设置有可以使可调谐信号光Vp反射腔镜面与半导体光放大器芯片形成的谐振腔实现光学腔长发生变化的激光器相位调节元件；所述的拍频微波信号的检测稳频系统包含有可调频率检测器和固定频率检测器；其中，可调频率检测器和固定频率检测器分别对应放置于可调谐信号光Vp反射腔镜面和固定频率激光信号Vs反射腔镜面的后端，并且同偏振分光棱镜的两路分光光路分别相对应；所述的整个系统的控制单元包含有与可调频率检测器和固定频率检测器相连接的读取模块，与读取模块相连接的运算模块，以及与运算模块、激光器相位调节元件、可调滤波器、可控半波片以及可调频率检测器相连接的驱动模块。所述的激光器相位调节元件为固定于可调谐信号光Vp反射腔镜面上、可以带动反射镜沿垂直于Vp信号光反射腔镜面方向移动的位移控制元件。所述激光器相位调节元件是置于偏振分光棱镜和Vp信号光反射腔镜面之间光路的折射率可变控制元件，该折射率可变控制元件可以改变Vp信号光谐振腔内的有效折射率。所述半导体光放大器芯片的输出端镀有部分反射膜，其另一端镀有增透膜；所述的固定频率激光信号Vs反射腔镜面上镀有反射膜，其固定频率激光信号Vs的波长根据固定频率激光信号Vs反射腔镜面所镀的窄带反射膜反射峰位置所确定。所述的可调谐信号光Vp反射腔镜面和固定频率激光信号Vs反射腔镜面的反射面具有可以实现光信号经过反射面时有足够功率的激光信号分配给可调频率检测器和固定频率检测器使用的透过率。所述的可调频率检测器包括第一分光片、温度可调标准具、第一光电探测器、第二光电探测器；温度可调标准具上设置有加热元件，温度可调标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双频激光器的光生可调谐微波源，其特征在于：包含有产生双频激光器的谐振腔系统、拍频微波信号的检测稳频系统和整个系统的控制单元三部分；所述的双频激光器的谐振腔系统包含有依次排列的半导体光放大器芯片（1）、准直透镜（2）、可控半波片（3）、偏振分光棱镜（4）、可调谐滤波器（5）、反射镜（6），其半导体光放大器芯片（1）的另一端依次设置有耦合输出透镜（8）、隔离器（9）；反射镜（6）由可调谐信号光vp反射腔镜面（6？1）和固定频率激光信号vs反射腔镜面（6？2）呈L形状组合而成，可调谐信号光vp反射腔镜面（6？1）和固定频率激光信号vs反射腔镜面（6？2）通过偏振分光棱镜（4）对应的的分光光路分别与半导体光放大器芯片（1）输出端面形成谐振腔；可调谐信号光vp方向设置有可以使可调谐信号光vp反射腔镜面（6？1）与半导体光放大器芯片（1）形成的谐振腔实现光学腔长发生变化的激光器相位调节元件（7）；所述的拍频微波信号的检测稳频系统包含有可调频率检测器（10）和固定频率检测器（11）；其中，可调频率检测器（10）和固定频率检测器（11）分别对应放置于可调谐信号光vp反射腔镜面（6？1）和固定频率激光信号vs反射腔镜面（6？2）的后端，并且同偏振分光棱镜（4）的两路分光光路分别相对应；所述的整个系统的控制单元（12）包含有与可调频率检测器（10）和固定频率检测器（11）相连接的读取模块，与读取模块相连接的运算模块，以及与运算模块、激光器相位调节元件（7）、可调滤波器（5）、可控半波片（3）以及可调频率检测器（10）相连接的驱动模块。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双频激光器的光生可调谐微波源，其特征在于 包含有产生双频激光器的谐振腔系统、拍频微波信号的检测稳频系统和整个系统的控制单元三部分； 所述的双频激光器的谐振腔系统包含有依次排列的半导体光放大器芯片(I)、准直透镜(2 )、可控半波片(3 )、偏振分光棱镜(4)、可调谐滤波器(5 )、反射镜(6 ),其半导体光放大器芯片(I)的另一端依次设置有耦合输出透镜(8)、隔离器(9);反射镜(6)由可调谐信号光vp反射腔镜面(6-1)和固定频率激光信号Vs反射腔镜面(6-2)呈L形状组合而成，可调谐信号光Vp反射腔镜面(6-1)和固定频率激光信号Vs反射腔镜面(6-2)通过偏振分光棱镜(4)对应的的分光光路分别与半导体光放大器芯片(I)输出端面形成谐振腔；可调谐信号光Vp方向设置有可以使可调谐信号光Vp反射腔镜面(6-1)与半导体光放大器芯片(I)形成的谐振腔实现光学腔长发生变化的激光器相位调节元件(7)； 所述的拍频微波信号的检测稳频系统包含有可调频率检测器(10)和固定频率检测器(11);其中，可调频率检测器(10)和固定频率检测器(11)分别对应放置于可调谐信号光Vp反射腔镜面(6-1)和固定频率激光信号Vs反射腔镜面(6-2)的后端，并且同偏振分光棱镜(4)的两路分光光路分别相对应； 所述的整个系统的控制单元(12)包含有与可调频率检测器(10)和固定频率检测器(11)相连接的读取模块，与读取模块相连接的运算模块，以及与运算模块、激光器相位调节元件(7)、可调滤波器(5)、可控半波片(3)以及可调频率检测器(10)相连接的驱动模块。2.根据权利要求I所述的一种基于双频激光器的光生可调谐微波源，其特征在于 所述的激光器相位调节元件(7)为固定于可调谐信号光Vp反射腔镜面(6-1)上、可以带动反射镜(6)沿垂直于Vp信号光反射腔镜面(6-1)方向移动的位移控制兀件。3.根据权利要求I所述的一种基于双频激光器的光生可调谐微波源，其特征在于 所述激光器相位调节元件(7)是置于偏振分光棱镜(4)和Vp信号光反射腔镜面(6-1)之间光路的折射率可变控制元件，该折射率可变控制元件可以改变Vp信号光谐振腔内的有效折射率。4.根据权利要求I或2或3所述的一种基于双频激光器的光生可调谐微波源，其特征在于 所述半导体光放大器芯片(I)的输出端镀有部分反射膜，其另一端镀有增透膜；所述的固定频率激光信号Vs反射腔镜面(6-2)上镀有反射膜，其固定频率激光信号Vs的波长根据固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐毅，傅焰烽，胡强高，张玓，钱坤，胡胜磊，汤学胜，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：