阅读说明：本技术 一种光学产生微波信号的装置 (Device for optically generating microwave signal ) 是由 刘铁园 徐荣辉 张先强 邓仕杰 陈明 苑立波 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光学产生微波信号的装置,包括窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光放大器(3)、四端口光环形器(4)、第一布里渊增益光纤(5)、三端口光环形器(6)、第二布里渊增益光纤(7)、第二光放大器(8)、第二光纤耦合器(9)、第三光纤耦合器(10)、光电探测器(11)。窄线宽可调激光器(1)输出的激光做为布里渊泵浦,布里渊泵浦在第一布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生一阶斯托克斯,一阶托克斯在第二布里渊增益光纤中发生级联受激布里渊散射产生三阶斯托克斯光,三阶斯托克斯与泵浦发生拍频,拍频光通过光电探测器转换为微波信号。该光生微波信号的结构简单,成本低,在光无线通信、微波光子及光纤传感中均具有应用前景。(The invention discloses a device for optically generating microwave signals, which comprises a narrow-linewidth adjustable laser (1), a first optical fiber coupler (2), a first optical amplifier (3), a four-port optical circulator (4), a first Brillouin gain optical fiber (5), a three-port optical circulator (6), a second Brillouin gain optical fiber (7), a second optical amplifier (8), a second optical fiber coupler (9), a third optical fiber coupler (10) and a photoelectric detector (11). Laser output by the narrow linewidth tunable laser (1) is used as Brillouin pumping, the Brillouin pumping generates stimulated Brillouin scattering in the first Brillouin gain fiber to generate first-order Stokes, the first-order Thanks generates cascade stimulated Brillouin scattering in the second Brillouin gain fiber to generate third-order Stokes, the third-order Stokes and the pumping generate beat frequency, and the beat frequency light is converted into microwave signals through a photoelectric detector. The photo-generated microwave signal has a simple structure and low cost, and has application prospects in optical wireless communication, microwave photon and optical fiber sensing.)

一种光学产生微波信号的装置

技术领域

本发明涉及通信技术、光纤激光技术及微波光子技术，具体为一种光学产生微波信号的装置。

背景技术

近年来人们对高清视频和各种多媒体设备与日俱增的需求促使无线通信技术和光纤通信技术迅速发展。在这种发展趋势下使得微波光子学应运而生并成为研究热点。其中的光生微波技术作为微波光子学中最主要的内容以其具有频率高、相位噪声低、结构紧凑等优点，被应用于微波通信、卫星通信、雷达系统、射电天文、微波遥感、光纤无线通信及太赫兹光谱分析等领域中。

光生微波技术中有许多产生微波信号的方法如光外差法、外调制法、光电振荡器法等。光外差法中激光源信号频率的变化和噪声对拍频信号的稳定度和纯净度影响非常大。外调制法需要用到微波源和调制器而且稳定性也会受到它们的影响。光电振荡器法中需要用到许多光电器件使结构变得十分复杂，而且很难做到集成化。

发明内容

本发明提出一种光学产生微波信号的装置，它可以获得更高宽带、高速的微波信号。本发明的方法与实现的装置结构与以前的结构相比更加简单。

本发明为实现上述目的采用以下技术方案：

一种光学产生微波信号的装置，包括：窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光放大器(3)、四端口光环形器(4)、第一布里渊增益光纤(5)、三端口光环形器(6)、第二布里渊增益光纤(7)、第二光放大器(8)、第二光纤耦合器(9)，第三光纤耦合器(10)，光电探测器(11)。

本微波信号光学产生装置的连接关系为：窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)的A1端口相连，第一光纤耦合器(2)的B1端口与第一光放大器(3)的输入端相连，四端口光环形器(4)的41端口与第一光放大器(3)的输出端相连，四端口光环形器(4)的42端口与第一布里渊增益光纤(5)的一端连接，三端口光环形器(6)的62端口与第一布里渊增益光纤(5)的另一端连接，三端口光环形器(6)的61端口和63端口相连，四端口光环形器(4)的43端口与第二布里渊增益光纤(7)的一端连接，第二布里渊增益光纤(7)的另一端与第二光放大器(8)的一端相连，四端口光环形器(4)的44端口与第二光纤耦合器(9)的D1端口连接，第二光纤耦合器(9)的C1端口与第二光放大器(8)的另一端相连，第二光纤耦合器(9)的D2端口与第三光纤耦合器(10)的F2端口连接,第三光纤耦合器(10)的F1端口连接第一光纤耦合器(2)的B2端口，第三光纤耦合器(10)的E1端口连接光电探测器(11)。

本微波信号光学产生装置产生微波信号的过程为：窄线宽可调激光器输出的激光作为布里渊泵浦(BP)，布里渊泵浦(BP)传输至第一光纤耦合器(2)后进行分光，一部分BP经过第一光放大器(3)进行放大后，通过四端口光环形器(4)注入第一布里渊增益光纤(5)，当BP功率足够时，BP在第一布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生一阶斯托克斯(S1)，三端口光环形器(6)起到一个光反射器的作用，可以把第一布里渊增益光纤中的可能存在的BP传输光反射回第一布里渊增益光纤以增强S1，S1通过四端口光环形器注入第二布里渊增益光纤(7)的一端，当S1的功率大于第二布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，会在第二布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生二阶斯托克斯(S2)，S2通过四端口光环形器及第二光纤耦合器(9)进入第二光放大器(8)进行放大，放大的S2注入第二布里渊增益光纤的另一端，当S2的功率大于第二布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，会在第二布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生S3，S3经第二光放大器放大后，通过第二光纤耦合器(9)再传输到第三光纤耦合器(10)，S3与来自第一光纤耦合器的BP在第三光纤耦合器处发生拍频，拍频光经过第三光纤耦合器的E1端口进入光电探测器(11)转换为微波信号，微波信号可以通过频谱分析仪进行观测。

所述的窄线宽可调激光器的输出激光线宽低于1MHz，输出波长和功率均可连续调谐，输出功率为15mW,波长范围为C+L波段。

所述的第一光放大器和第二光放大器均为自搭掺铒光纤放大器，均由一个980nm或1480nm泵浦激光器，一个1550nm/980nm或1550nm/1480nm波分复用器，一段掺铒光纤连接而成，可以实现双向光放大。

所述的第一布里渊增益光纤和第二布里渊增益光纤均为单模石英光纤，且布里渊频移频率值相同，长度都为20km。

所述的第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和第三光纤耦合器均为单模光纤耦合器。

所述的四端口光环形器和三端口光环形器均为单模光纤光环形器。

附图说明

图1是光学产生微波信号装置的结构示意图。

图中的附图标记解释为：1-窄线宽可调激光器，2-第一光纤耦合器，A1-第一光纤耦合器A端的端口，B1-第一光纤耦合器B端的第一端口，B2-第一光纤耦合器B端的第二端口，3-第一光放大器，4-四端口光环形器，41-四端口光环形器的第一端口，42-四端口光环形器的第二端口，43-四端口光环形器的第三端口，44-四端口光环形器的第四端口，5-第一布里渊增益光纤，6-三端口光环形器，61-三端口光纤环形器的第一端口，62-三端口光纤环形器的第二端口，63-三端口光纤环形器的第三端口，7-第二布里渊增益光纤，8-第二光放大器，9-第二光纤耦合器，C1-第二光纤耦合器C端的端口，D1-第二光纤耦合器D端的第一端口，D2-第二光纤耦合器D端的第二端口，10-第三光纤耦合器，E1-第三光纤耦合器E端的端口，F1-第三光纤耦合器F端的第一端口，F2-第三光纤耦合器F端的第二端口，11-光电探测器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种光学产生微波信号的装置，包括：窄线宽可调激光器(1)、第一光纤耦合器(2)、第一光放大器(3)、四端口光环形器(4)、第一布里渊增益光纤(5)、三端口光环形器(6)、第二布里渊增益光纤(7)、第二光放大器(8)、第二光纤耦合器(9)，第三光纤耦合器(10)，光电探测器(11)。

所述的光学产生微波信号的装置，窄线宽可调激光器(1)的输出端与第一光纤耦合器(2)的A1端口相连，第一光纤耦合器(2)的B1端口与第一光放大器(3)的输入端相连，四端口光环形器(4)的41端口与第一光放大器(3)的输出端相连，四端口光环形器(4)的42端口与第一布里渊增益光纤(5)的一端连接，三端口光环形器(6)的62端口与第一布里渊增益光纤(5)的另一端连接，三端口光环形器(6)的61端口和63端口相连，四端口光环形器(4)的43端口与第二布里渊增益光纤(7)的一端连接，第二布里渊增益光纤(7)的另一端与第二光放大器(8)的一端相连，四端口光环形器(4)的44端口与第二光纤耦合器(9)的D1端口连接，第二光纤耦合器(9)的C1端口与第二光放大器(8)的另一端相连，第二光纤耦合器(9)的D2端口与第三光纤耦合器(10)的F2端口连接,第三光纤耦合器(10)的F1端口连接第一光纤耦合器(2)的B2端口，第三光纤耦合器(10)的E1端口连接光电探测器(11)。

所述的光学产生微波信号的装置，其产生微波信号的过程为：窄线宽可调激光器输出的激光作为布里渊泵浦(BP)，布里渊泵浦(BP)传输至第一光纤耦合器(2)后进行分光，一部分BP经过第一光放大器(3)进行放大后，通过四端口光环形器(4)注入第一布里渊增益光纤(5)，当BP功率足够时，BP在第一布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生一阶斯托克斯(S1)，三端口光环形器(6)起到一个光反射器的作用，可以把第一布里渊增益光纤中的可能存在的BP传输光反射回第一布里渊增益光纤以增强S1，S1通过四端口光环形器注入第二布里渊增益光纤(7)的一端，当S1的功率大于第二布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，会在第二布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生二阶斯托克斯(S2)，S2通过四端口光环形器及第二光纤耦合器(9)进入第二光放大器(8)进行放大，放大的S2注入第二布里渊增益光纤的另一端，当S2的功率大于第二布里渊增益光纤的受激布里渊散射阈值时，会在第二布里渊增益光纤中发生受激布里渊散射产生S3，S3经第二光放大器放大后，通过第二光纤耦合器(9)再传输到第三光纤耦合器(10)，S3与来自第一光纤耦合器的BP在第三光纤耦合器处发生拍频，拍频光经过第三光纤耦合器的E1端口进入光电探测器(11)转换为微波信号，微波信号可以通过频谱分析仪进行观测。

所述的窄线宽可调激光器的输出激光线宽低于1MHz，输出波长和功率均可连续调谐，输出功率为15mW,波长范围为C+L波段。

所述的第一光放大器和第二光放大器均为自搭掺铒光纤放大器，均由一个980nm或1480nm泵浦激光器，一个1550nm/980nm或1550nm/1480nm波分复用器，一段6m长掺铒光纤连接而成，980nm或1480nm泵浦激光器的输出功率为400mW，且连续可调。

所述的第一布里渊增益光纤和第二布里渊增益光纤均为单模石英光纤，且布里渊频移频率值相同，为10.85GHz，长度都为20km。

所述的第一光纤耦合器、第二光纤耦合器和第三光纤耦合器均为三端口单模光纤耦合器。

所述的四端口光环形器和三端口光环形器均为单模光纤光环形器。

所述的光电探测器为带宽大于33GHz的光电探测器。

以上对本发明的工作过程进行了详细说明，对本领域的普通技术人员来说，依据本发明提供的思想，在具体实施的方式上可能有改变之处，如光纤放大器类型、光纤放大器位置、与三端口光环形器起相同效果的其他方案等等，这些改变也应视为本发明的保护范围。