基于OEO的激光毫米波复合捷变频信号生成系统和方法与流程

本发明属于微波光子学，具体涉及基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统和方法。

背景技术：

1、毫米波、激光由于波长不同，在复杂气象环境下呈现出不同的传播效应，毫米波通信易受到降雨影响，而激光则受大气湍流、云、雾、霾、尘的影响较大，将两者进行融合则可以实现优势互补。毫米波和激光频段频谱资源丰富，发射波束窄，工作波长小，这使得毫米波和激光通信成为实现高速率、高带宽、高稳定性、小型化及高保密性信息传递的有效手段。

2、电光一体化传输是指利用微波光子技术将毫米波通信和自由空间激光通信复合使用的一种通信方式。毫米波、激光一体化通信指毫米波通信系统、激光通信系统作为独立的收发子系统，在应用层根据信道条件或者通联情况，选择毫米波或者激光进行信息传递，两种手段互相作为对方的备份通信手段。

3、传统的毫米波和激光通信在信号生成与调制、通信信道切换等方面相互独立，结构复杂、资源利用率低，载波频率大频段范围调度困难、效率低。因此，如何生成毫米波和激光复合捷变频信号是实现激光毫米波复合通信的关键。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统和方法，用于一体化生成激光毫米波通信系统的信号源。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统，包括按能量流向依次连接的光波长调控单元、光频梳生成单元和注入锁定oeo单元；光波长调控单元用于产生波长变化的激光；光频梳生成单元用于根据驱动信号产生多条光载波形成光频梳；注入锁定oeo单元用于根据光频梳和注入锁定的参考源产生微波信号；注入锁定oeo单元包括自由振荡oeo和参考微波源；自由振荡oeo包括依次连接的单模光纤、可调光延迟线、光电探测器、电功率放大器、带通滤波器和电功分器；单模光纤通过光耦合器连接强度调制器的输出端，电功分器分别连接移相器和相位调制器形成光电反馈环路，用于通过光电振荡环路产生高质量的微波信号；参考微波源连接到电功分器用于注入锁定所需的参考源。

3、按上述方案，光波长调控单元包括任意波形发生器和直调激光器；任意波形发生器用于产生幅度信号以驱动直调激光器；直调激光器用于通过啁啾效应产生波长变化的激光。

4、按上述方案，光频梳生成单元包括依次连接的相位调制器和强度调制器以及连接到强度调制器的移相器，相位调制器和移相器分别连接注入锁定oeo单元的反馈端，用于根据驱动信号产生多条光载波形成光频梳。

5、按上述方案，还包括耦合到注入锁定oeo单元的输出端的光波长选择开关，用于输出所需要的光波长。

6、基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法，包括以下步骤：

7、s0：搭建基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统，包括按能量流向依次连接的光波长调控单元、光频梳生成单元和注入锁定oeo单元；光波长调控单元包括任意波形发生器和直调激光器；光频梳生成单元包括依次连接的相位调制器和强度调制器以及连接到强度调制器的移相器，相位调制器和移相器分别连接注入锁定oeo单元的反馈端；注入锁定oeo单元包括自由振荡oeo和参考微波源；自由振荡oeo包括依次连接的单模光纤、可调光延迟线、光电探测器、电功率放大器、带通滤波器和电功分器；单模光纤通过光耦合器连接强度调制器的输出端，电功分器分别连接移相器和相位调制器形成光电反馈环路；参考微波源连接到电功分器；

8、s1：光波长调控单元的任意波形发生器幅度驱动直调激光器产生波长变化的激光；

9、s2：将波长变化的激光作为种子光源以及光电反馈环路反馈的电信号输入光频梳生成单元，输出多条子载波形成光频梳；

10、s3：将光频梳输入注入锁定oeo单元，通过光电反馈环路同时输出高质量微波信号和光信号；

11、s4：通过光波长选择开关分别输出所需要的光波长。

12、进一步的，所述的步骤s1中，设直调激光器波长fc的可调谐范围为δf，通过幅度驱动直调激光器在δf范围内实现激光器波长调谐，通过控制任意波形发生器的输出幅度在δf范围内实现无级调谐。

13、进一步的，所述的步骤s2中，根据相位调制器和强度调制器的性能以及电功率放大器的功率，光频梳生成单元产生多条频率间隔为f0的光载波。

14、进一步的，所述的步骤s3中，具体步骤为：

15、s31：将多条子载波输入注入锁定oeo单元，通过单模光纤和可调光延迟线传输进入光电探测器；

16、s32：光电探测器将光波信号转换为电信号；

17、s33：电信号依次经电功率放大器放大、经带通滤波器滤波后反馈到强度调制器，形成光电反馈环路；

18、s34：设置参考微波源产生微波信号并通过电功分器耦合到光电反馈环路中，锁定自由振荡oeo的振荡模式。

19、进一步的，所述的步骤s4中，光波长选择开关的一路输出频率为fc+δf+nf0的光信号，光波长选择开关的另外一路经过光电探测器拍频输出频率为nf0的毫米波信号，n为自然数。

20、一种计算机存储器，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法。

21、本发明的有益效果为：

22、1.本发明的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统和方法，采用幅度驱动直调激光器进行光波长调控，结合级联调制器产生光频梳，再联合注入锁定oeo(optoelectronic oscillator，光电振荡器)结构，实现了一体化生成激光毫米波通信系统信号源的功能，提高了激光毫米波复合信号生成质量，生成了高稳定性、低噪声的激光毫米波信号。

23、2.本发明通过调节光源和参考微波源进行光和毫米波无级捷变频，实现了对于任意激光毫米波频率的快速调节和无级生成高速大范围的激光毫米波复合捷变频信号，原理简洁，方案简单高效，具有较强的应用价值。

24、3.本发明根据环境动态调度载波资源以适应不同的信道条件，实现了全天候的抗干扰通信，支撑了超宽带激光毫米波无线复合通信在大容量、远距离、高可靠传输中的应用。

技术特征：

1.基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统，其特征在于：包括按能量流向依次连接的光波长调控单元、光频梳生成单元和注入锁定oeo单元；

2.根据权利要求1所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统，其特征在于：光波长调控单元包括任意波形发生器和直调激光器；

3.根据权利要求1所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统，其特征在于：还包括耦合到注入锁定oeo单元的输出端的光波长选择开关，用于输出所需要的光波长。

5.基于权利要求1至4中任意一项所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成系统的信号生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法，其特征在于：所述的步骤s1中，设直调激光器波长fc的可调谐范围为δf，通过幅度驱动直调激光器在δf范围内实现激光器波长调谐，通过控制任意波形发生器的输出幅度在δf范围内实现无级调谐。

7.根据权利要求5所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法，其特征在于：所述的步骤s2中，根据相位调制器和强度调制器的性能以及电功率放大器的功率，光频梳生成单元产生多条频率间隔为f0的光载波。

8.根据权利要求5所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法，其特征在于：所述的步骤s3中，具体步骤为：

9.根据权利要求5所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法，其特征在于：所述的步骤s4中，光波长选择开关的一路输出频率为fc+δf+nf0的光信号，光波长选择开关的另外一路经过光电探测器拍频输出频率为nf0的毫米波信号，n为自然数。

10.一种计算机存储器，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求5至权利要求9中任意一项所述的基于oeo的激光毫米波复合捷变频信号生成方法。

技术总结
本发明提供了基于OEO的激光毫米波复合捷变频信号生成系统和方法，采用幅度驱动直调激光器进行光波长调控，结合级联调制器产生光频梳，再联合注入锁定OEO结构，实现了一体化生成激光毫米波通信系统信号源的功能，提高了激光毫米波复合信号生成质量，生成了高稳定性、低噪声的激光毫米波信号。本发明通过调节光源和参考微波源进行光和毫米波无级捷变频，实现了对于任意激光毫米波频率的快速调节和无级生成高速大范围的激光毫米波复合捷变频信号，方案简单高效，具有较强的应用价值。本发明根据环境动态调度载波资源适应不同的信道条件，实现了全天候的抗干扰通信，支撑了超宽带激光毫米波无线复合通信在大容量、远距离、高可靠传输中的应用。

技术研发人员：芦启超,陶理,李仁杰,程通,王立
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5