一种基于双环结构的光生微波源系统和方法与流程

本发明涉及光生微波。更具体地，涉及一种基于双环结构的光生微波源系统和方法。

背景技术：

1、低相噪、高稳定度的微波频率源被广泛的应用与雷达、通信计量等领域，是现代电子器件的核心部件。微波源的获得一般有三种方式：一、标准晶体振荡器倍频方式；二、利用介质的低损耗，设计成高q值的介质谐振腔，构建正反馈放大电路，并对相位和幅度进行控制，提高输出信号的稳定度。三、采用光生微波的方式。主要有两类：1、将超稳激光锁定在高稳光学谐振腔上，并通过光梳转换至所需的频率；2、光电振荡器的方法；利用光纤或光滤波器对光进行滤波，并将光信号转换至电信号，将电信号放大后加载至激光器的调制器，形成振荡环路。

2、在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：上述方法中，第一种方法是目前最成熟的方法，但相噪指标和稳定度指标较差。第二种方法方法具有极高的稳定度指标和相噪指标，但设备体积和重量大，应用场合较小。第三种方法中超稳激光器锁定在光学谐振腔上的方法可以获得极高的稳定度和相噪指标，但由于激光器的波长漂移和老化，连续运行时间较短，光路结构复杂且成本高昂。光电振荡器的方法能够获得较好的相噪指标，且结构紧凑、连续工作时间长，应用范围较广。光电振荡器主要的组成部分由激光器、光滤波腔(一般由光纤或微纳结构光滤波腔构成)、光探测器、电放大器、光调制器等构成。依据主要的工作原理，选择不同器件可以构建多种光电振荡器用于产生高品质的微波信号。但是由于采用的普通单模光纤，色散效应会造成光载波的展宽，微波信号也会进行展宽，进而影响相位噪声。

3、因此，需要提供一种基于双环结构的光生微波源系统和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于双环结构的光生微波源系统和方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。

2、为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、本发明第一方面提供一种基于双环结构的光生微波源系统，该系统包括双波长半导体激光器、光电振荡器和激光器电流控制模块，其中，

4、所述双波长半导体激光器，用于形成光子滤波，输出滤波后的激光束；

5、所述光电振荡器，包括信号调整单元，用于将光信号转变成电信号，并对所述电信号进行调制，所述信号调整单元产生所述微波源系统的微波信号；

6、所述激光器电流控制模块，用于控制所述双波长半导体激光器，改变微波信号的输出频率。

7、可选地，所述光电振荡器包括相位调制器、光电转换单元和信号调整单元，其中

8、所述相位调制器，用于对所述双波长半导体激光器输出的激光束进行相位调制；

9、所述光电转换单元，用于将调制后的光信号转换成电信号；

10、所述信号调整单元，用于对所述光电转换单元输出的电信号进行放大滤波并对其分束，输出所述微波源系统的微波信号。

11、可选地，所述光电转换单元包括第一耦合器、第一周期性光纤、第一光探测器、第二周期性光纤和第二光探测器，其中，

12、所述第一耦合器，用于对调制后的光信号进行分束，分束后的第一路光信号传输至第一周期性光纤，第二路光信号传输至第二周期性光纤；

13、所述第一周期性光纤和所述第二周期性光纤用于减小色散；

14、所述第一光探测器用于将所述第一周期性光纤输出的光信号转变成第一路电信号，所述第二光探测器用于将第二周期性光纤输出的光信号转变成第二路电信号。

15、可选地，所述第一周期性光纤为长周期单模光纤加色散补偿光纤，所述第二周期性光纤为光纤总长度与所述第一周期性光纤的总长度不同的长周期单模光纤加色散补偿光纤。

16、可选地，所述光电转换单元进一步包括第二耦合器，所述第二耦合器用于将所述第一路电信号和所述第二路电信号耦合为一路电信号输出。

17、可选地，所述信号调整单元包括电放大器和第三耦合器，其中，

18、所述电放大器用于对所述第二耦合器输出的电信号进行放大；

19、所述第三耦合器用于对所述微波信号进行分束，分束后的第一路微波信号输出至所述相位调制器，对所述双波长半导体激光器输出的激光束进行驱动，第二路作为所述微波源系统的微波信号输出。

20、可选地，所述系统进一步包括位于所述电放大器和所述第三耦合器之间的滤波器，所述滤波器在增益大于损耗时，用于使电信号振荡产生微波信号。

21、可选地，所述激光器电流控制模块在所述微波信号输出后，通过调整所述激光器电流控制模块的输出电流对微波的输出频率进行调整。

22、本发明第二方面提供一种基于双环结构的光生微波方法，该方法包括双波长半导体激光器将滤波后的激光束输入光电振荡器；

23、光电振荡器将光信号转变成电信号，并对所述电信号进行调制，经第三耦合器分束后输出微波信号；

24、在微波信号输出后，通过改变激光器电流控制模块的输出电流控制所述双波长半导体激光器，改变微波信号的输出频率。

25、可选地，所述光电振荡器将光信号转变成电信号，并对所述电信号进行调制，经第三耦合器分束后输出微波信号包括

26、对所述双波长半导体激光器输出的滤波后的激光束进行相位调制；

27、将调制后得到的光信号转换成电信号；

28、对光电转换单元输出的电信号进行放大滤波并分束，输出所述微波源系统的微波信号。

29、本发明的有益效果如下：

30、本发明提供了一种基于双环结构的光生微波源系统和方法，利用双波长半导体激光器构建成光电振荡器，通过在光纤链路中采用双环结构，每路周期性光纤采用长周期的单模光纤加色散补偿光纤的模式，最大程度地减小了色散带来的影响，提升了微波信号的相位噪声指标，并通过改变激光器电流控制模块的输出电流实现了输出微波频率的调谐。

技术特征：

1.一种基于双环结构的光生微波源系统，其特征在于，包括：双波长半导体激光器、光电振荡器和激光器电流控制模块，其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电振荡器包括相位调制器、光电转换单元和信号调整单元，其中

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光电转换单元包括第一耦合器、第一周期性光纤、第一光探测器、第二周期性光纤和第二光探测器，其中，

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一周期性光纤为长周期单模光纤加色散补偿光纤，所述第二周期性光纤为光纤总长度与所述第一周期性光纤的总长度不同的长周期单模光纤加色散补偿光纤。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光电转换单元进一步包括第二耦合器，所述第二耦合器用于将所述第一路电信号和所述第二路电信号耦合为一路电信号输出。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号调整单元包括电放大器和第三耦合器，其中，

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括位于所述电放大器和所述第三耦合器之间的滤波器，所述滤波器在增益大于损耗时，用于使电信号振荡产生微波信号。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器电流控制模块在所述微波信号输出后，通过调整所述激光器电流控制模块的输出电流对微波的输出频率进行调整。

9.一种基于双环结构的光生微波方法，其特征在于，该方法根据权利要求1-8任一权利要求所述的一种基于双环结构的光生微波源系统，该方法包括

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光电振荡器将光信号转变成电信号，并对所述电信号进行调制，经第三耦合器分束后输出微波信号包括

技术总结
本发明公开一种基于双环结构的光生微波源系统和方法，该系统包括双波长半导体激光器，用于形成光子滤波，输出滤波后的激光束；光电振荡器，包括信号调整单元，用于将光信号转变成电信号，并对所述电信号进行放大滤波，所述信号调整单元产生所述微波源系统的微波信号；激光器电流控制模块，用于控制所述双波长半导体激光器，改变微波信号的输出频率。本发明利用双波长半导体激光器在光纤链路中采用双环结构，提升了杂散抑制和相噪水平，双环结构采用长周期的单模光纤加色散补偿光纤的模式，有效减小了色散带来的影响，提升了微波信号的相位噪声指标，并通过改变激光器电流控制模块的输出电流实现了输出微波频率的调谐。

技术研发人员：陈海波,刘亚轩,刘灿,王亮
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13