一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器

摘要

本发明属于移相器技术领域，具体涉及一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，第一连续波激光器连接有信号发生器，信号发生器通过第一掺铒光纤放大器和第一带通滤波器连接有第一偏振控制器，第二连续波激光器通过第二掺铒光纤放大器、第二带通滤波器和衰减器连接有第二偏振控制器，第一偏振控制器和第二偏振控制器通过耦合器连接有高非线性光纤环，高非线性光纤环通过第三掺铒光纤放大器和第三带通滤波器连接到光电检测器上，光电检测器连接有示波器。本发明解决了常规无线电频率移相器在操作方面存在的带宽局限性和相移调谐范围窄的问题。本发明主要用于光子移相方面。

权利要求

1.一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，包括探测信号发生模块、泵浦光发生模块和移相模块，其特征在于：所述探测信号发生模块包括第一连续波激光器(1a)，所述第一连续波激光器(1a)连接有信号发生器(2)，所述信号发生器(2)通过第一掺铒光纤放大器(3a)和第一带通滤波器(4a)连接有第一偏振控制器(5a)，所述泵浦光发生模块包括第二连续波激光器(1b)，所述第二连续波激光器(1b)通过第二掺铒光纤放大器(3b)、第二带通滤波器(4b)和衰减器(6)连接有第二偏振控制器(5b)，所述移相模块包括耦合器(7)和高非线性光纤环(8)，所述第一偏振控制器(5a)和第二偏振控制器(5b)通过耦合器(7)连接有高非线性光纤环(8)，所述高非线性光纤环(8)通过第三掺铒光纤放大器(3c)和第三带通滤波器(4c)连接到光电检测器(9)上，所述光电检测器(9)连接有示波器(10)。

2.根据权利要求1所述的一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，其特征在于：所述信号发生器(2)采用光载波抑制技术。

3.根据权利要求1所述的一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，其特征在于：所述第一掺铒光纤放大器(3a)、第二掺铒光纤放大器(3b)、第三掺铒光纤放大器(3c)的输出功率都为0.5-2W、波长范围都为1545-1565nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，其特征在于：所述第一带通滤波器(4a)、第二带通滤波器(4b)、第三带通滤波器(4c)的波长覆盖范围都为1480-1620nm，带宽可调范围都为32-650pm。

5.根据权利要求1所述的一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器,其特征在于：所述耦合器(7)的插入损耗是3dB。

6.根据权利要求1所述的一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器,其特征在于：所述高非线性光纤环(8)的高非线性光纤长度为20m，其具有1dB/km的衰减和15W-

1km-1的非线性系数。

7.根据权利要求1所述的一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，其特征在于：所述光电检测器(9)的响应度为0-40GHz。

说明书

一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器

技术领域

[0001] 本发明属于移相器技术领域，具体涉及一种基于高非线性光纤环的可调宽 带光子射频移相器。

背景技术

[0002] 无线电频率移相器已经出现在相控阵波束中并且发挥着越来越重要的作用， 它已经形成系统并且广泛应用于智能天线。但是无线电频率移相器在操作方面存 在着带宽局限性和相移调谐范围窄的问题。

[0003] 光学系统具有灵活、带宽高、轻量化等优点，最近研究中使用的控制相移的 光子元件引起了人们的普遍关注。各种为了实现光子相移的技术已有报道，包括 分布式反馈中的波长转换激光，受激布里渊散射信号加工，零差混合和矢量和方 法。但是这些方法在实现相位阵列的过程中受到成千上万单元的影响，例如光子 元件的大小和复杂性限制常规的相移。基于此，使用高非线性光纤环设备来实现 相移确有必要。

发明内容

[0004] 针对上述技术问题，本发明提供了一种基于高非线性光纤环的可调宽带光 子射频移相器，解决了常规无线电频率移相器在操作方面存在的带宽局限性和 相移调谐范围窄的问题。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，包括探测信号发生 模块、泵浦光发生模块和移相模块，其特征在于：所述探测信号发生模块包括 第一连续波激光器，所述第一连续波激光器连接有信号发生器，所述信号发生 器通过第一掺铒光纤放大器和第一带通滤波器连接有第一偏振控制器，所述泵 浦光发生模块包括第二连续波激光器，所述第二连续波激光器通过第二掺铒光 纤放大器、第二带通滤波器和衰减器连接有第二偏振控制器，所述移相模块包 括耦合器和高非线性光纤环，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器通过耦合 器连接有高非线性光纤环，所述高非线性光纤环通过第三掺铒光纤放大器和第 三带通滤波器连接到光电检测器上，所述光电检测器连接有示波器。

[0007] 所述信号发生器采用光载波抑制技术。

[0008] 所述第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、第三掺铒光纤放大器的 输出功率都为0.5-2W、波长范围都为1545-1565nm。

[0009] 所述第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器的波长覆盖范围 都为1480-1620nm，带宽可调范围都为32-650pm。

[0010] 所述耦合器的插入损耗是3dB。

[0011] 所述高非线性光纤环的高非线性光纤长度为20m，其具有1dB/km的衰减和 15W-1 -1
km 的非线性系数。

[0012] 所述光电检测器的响应度为0-40GHz。

[0013] 本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

[0014] 本发明具有宽带大，相移范围广，结构较为简单、紧凑的优点，为40GHz 信号实现了0-2πrad的相移调谐范围，有效地解决了常规无线电频率移相器在操 作方面存在的带宽局限性和相移调谐范围窄的问题。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构示意图；

[0016] 其中：1a为第一连续波激光器，1b为第二连续波激光器，2为信号发生器， 3a为第一掺铒光纤放大器，3b为第二掺铒光纤放大器，3c为第三掺铒光纤放大 器，4a为第一带通滤波器，4b为第二带通滤波器，4c为第三带通滤波器，5a 为第一偏振控制器,5b为第二偏振控制器，6为衰减器，7为耦合器，8为高非 线性光纤环，9为光电检测器，10为示波器。

具体实施方式

[0017] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 一种基于高非线性光纤环的可调宽带光子射频移相器，包括探测信号发生 模块、泵浦光发生模块和移相模块。探测信号发生模块包括第一连续波激光器 1a，第一连续波激光器1a连接有信号发生器2，第一连续波激光器1a经信号发 生器2生成光载波抑制信号，信号发生器2通过第一掺铒光纤放大器3a和第一 带通滤波器4a连接有第一偏振控制器5a，光载波抑制信号依次注入第一掺铒光 纤放大器3a、第一带通滤波器4a和第一偏振控制器5a生成探测信号。泵浦光 发生模块包括第二连续波激光器1b，第二连续波激光器1b通过第二掺铒光纤放 大器3b、第二带通滤波器4b和衰减器6连接有第二偏振控制器5b，移相模块 包括耦合器7和高非线性光纤环8，第一偏振控制器5a和第二偏振控制器5b通 过耦合器7连接有高非线性光纤环8。第二连续波激光器1b作为泵浦光，经第 二掺铒光纤放大器3b、第二带通滤波器4b、衰减器6和第二偏振控制器5b后 与探测信号通过耦合器7耦合到高非线性光纤环8。高非线性光纤环8通过第三 掺铒光纤放大器3c和第三带通滤波器4c连接到光电检测器9上，高非线性光纤 环8的输出信号由第三掺铒光纤放大器3c放大，探测信号被第三带通滤波器4c 分离，光电检测器9连接有示波器10，经光电检测器9检测，使用示波器10记 录波形并观察相移。

[0019] 进一步，信号发生器2采用光载波抑制技术，可以产生具有40GHz频率间 距的两个波长的光学毫米波。

[0020] 进一步，优选的，第一掺铒光纤放大器3a、第二掺铒光纤放大器3b、第三 掺铒光纤放大器3c的输出功率都为0.5-2W、波长范围都为1545-1565nm。

[0021] 进一步，优选的，第一带通滤波器4a、第二带通滤波器4b、第三带通滤波 器4c的波长覆盖范围都为1480-1620nm，带宽可调范围都为32-650pm，采用宽 带可调范围大的带通滤波器，可以更好地避免超出滤波器范围的光对检测结果 的影响。

[0022] 进一步，优选的，耦合器7的插入损耗是3dB。

[0023] 进一步，优选的，高非线性光纤环8的高非线性光纤长度为20m，其具有 1dB/km的衰减和15W-1km-1的非线性系数，由于高非线性光纤非线性系数非常 大，因此较低的泵浦功率就可以实现较为明显的相移。

[0024] 进一步，优选的，光电检测器9的响应度为0-40GHz，可以更精准的检测 不同带宽的光子。

[0025] 本发明的工作原理为：

[0026] 对于高非线性光纤环，线性传递函数可以表示为：

[0027] 公式中τ是指传输系数， 表示环中的单程衰减，其中L和α分别 是环的长度和线性损耗， 是环的线性相移，k是传播耦合系数。

[0028] 输出信号总传输相移(Eout)则是：这在很大程度上取决于靠近的单程相移谐振。

[0029] RF信号可以表示为：

[0030] Ein(t)＝A-1exp[j(ωs-ωRF)t]+A1exp[j(ωs+ωRF)t]

[0031] 公式中A-1和A1是两个波长幅度的光载波抑制信号。ωs和ωRF是光载波抑制 信号的频率和RF信号的频率。

[0032] 光载波抑制信号由高速光电探测器检测来自PD的输出电流的RF分量成比 例的：iAC(t)∝2R(A-1A1)COS[2ωRFt]

[0033] 式中R是PD的响应度，实现光子移相器需要光载波抑制信号的两个波长之 间的相位差。这可以通过改变高非线性光纤环的共振达到。当泵浦光送到高非 线性光纤环中，吸收的能量是均匀的，光能转换成热能并导致非线性效应，引 起谐振波长的红移。由于高非线性光纤非线性系数非常大，所以较低的泵浦功 率就可以实现相同相移。

[0034] 因此，光载波抑制信号是光学处理以改变两个波长的因子A′-1exp(jθ-1)和 A′1exp(jθ1)，A′±1和θ±1分别代表振幅增益和光学相移。光载波抑制信号的波长 经历不同的相移和光载波抑制信号的光场变为：

[0035] Eout(t)＝A-1A1exp[j(ωs-ωRF)t]exp(jθ-1)+A′-1A′1exp[j(ωs+ ωRF)t]exp(jθ1)[0036] 在PD检测之后，RF组件是：

[0037] i′AC(t)∝2R(A-1A1)(A′-1A′1)COS[2ωRF+(θ-1-θ1)]

[0038] 与iAC(t)相比，i′AC(t)显示了显示了调谐光学相位从光载波抑制信号的两个 波长已经完全转移到RF信号。

[0039] 上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实 施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗 旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。