半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置與方法
2023-06-04 09:33:11
半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置與方法
【專利摘要】半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，包括直流源(100)、半導體光放大器(101)、光隔離器(102)、光濾波器(103)、光放大器(104)、馬赫曾德爾幹涉儀(105)、光纖(111)、光電探測器(112)，電放大器(113)和耦合器(114)並依次連接；從馬赫曾德爾幹涉儀(105)輸出信號光經光纖後進入到光電探測器，經光電探測器轉換的電信號進入到的電放大器，放大後的電信號經耦合器分出兩束信號，一束進入到調製器，另一路信號作為微波信號(115)輸出。本發明提出的一種半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置與方法，使用半導體光放大器獲得寬帶自發輻射譜，可以獲得寬帶的高頻微波信號。
【專利說明】半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置與方法，主要應用於 無線傳感網、光纖通信及微波光子學等【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 科技的高速發展使得信息的交互量飛速增加，通信的容量劇增，個人或終端對帶 寬的需求似乎永無滿足，接入的靈活、便捷也成為不可缺少的要素。因此，無線與寬帶成為 通信和信息系統的發展趨勢。寬帶的要求在有線傳輸或接入上由光纖給出了優良的解決方 案，而靈活性的提升還需依靠無線通信方式的天生優勢，與此同時，要儘可能保證通信的容 量。為提高無線通信系統的帶寬並實現高速通信，必然要採用更高頻率且有足夠質量保證 的高頻載波，因此高頻載波源或微波源在通信與信息系統中起著至關重要的作用。另外， 高頻微波信號源在現代多個領域有著重要的應用，例如，雷達系統、超寬帶脈衝無線電系 統、光電測量、探測以及成像等領域。因此，高質量的可調微波信號在雷達、傳感和無線通 信等領域有著廣闊的應用前景。在光纖系統中，傳輸的微波信號會受到光纖色散等因素的 影響而發生畸變和失真，且微波頻率越高受到的影響越大。目前獲得微波信號的產生主要 集中在光注入，光鎖相，外調製器倍頻及光電振蕩器等方法上，取得了一定的成果。如高士 明等提出的發明專利，授權號：CN20081006124. 7,採用微波源和電光調製器的方法獲得了 11GHz的微波信號。有的學者提出了通過布裡淵散射，結合光外差法獲得微波信號的方案， 如傅嬌嬌等提出的發明專利，授權號：CN200910155858. 4,採用布裡淵散射與泵浦光的差頻 獲得微波信號，王如剛等人提出的發明專利（公布號：CN102856778A)，採用布裡淵散射方 法獲得可調諧微波信號。但是，這些產生微波信號的可調諧範圍較小，限制其在雷達等領域 的應用，且系統比較複雜，增加了系統的成本，而且系統的體積都比較大，不適用於目前小 型化和高集成化的發展趨勢。
【發明內容】
[0003] 本發明目的是：克服現有技術的以上缺點，為了獲得高頻寬帶可調諧的微波信號 等問題，本發明提供一種半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置與方法，提出的裝置 與方法不僅能夠產生高頻微波信號，而且能夠獲得多帶寬可調諧的微波信號源。
[0004] 本發明的目的是這樣實現的：半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特 徵是包括直流源100、半導體光放大器101、光隔離器102、光濾波器103、光放大器104、馬 赫曾德爾幹涉儀105、光纖111、光電探測器112,電放大器113和耦合器114並依次連接； 馬赫曾德爾幹涉儀105的構成是，其中第二耦合器106、長度可調光纖延遲線107、可調衰減 器108、第三耦合器109依次連接構成一分臂，調製器110並聯第二耦合器106與第三耦合 器109兩輸出端之間構成另一分臂；從馬赫曾德爾幹涉儀105輸出信號光經光纖111後進 入到光電探測器112,經光電探測器112轉換的電信號進入到的電放大器113,放大後的電 信號經稱合器114分出兩束信號，一束進入到調製器110,另一路信號作為微波信號115輸 出。
[0005] 所述的光濾波器103是寬帶光濾波器，其作用是使半導體光放大器101的自發輻 射譜平坦化。
[0006] 所述的光源為半導體光放大器101的輸出的寬帶光譜，也可以是其它結構的寬帶 光源。
[0007] 所述微波信號的可調諧性，通過調節可調光延遲線107的長度來獲得可調諧的微 波信號。
[0008] 所述光電探測單元112可以是平衡探測器，也可以是其它種類的光電探測器。
[0009] 所述可調光纖延遲線107也可以使用其它具有調節馬赫澤德爾幹涉儀105臂長的 器件。
[0010] 所述光纖111可以是普通單模光纖，也可以是其它具有大色散數值的色散位移光 纖等中的一種。
[0011] 所述調製器110可以是相位調製器、強度調製器或者偏振調製器等的一種。
[0012] 所述可調衰減器108的作用是為了平衡馬赫澤德爾幹涉儀105兩個分臂的功率 值。
[0013] 半導體光放大器的可調諧微波信號源的方法，通過調節可調光延遲線107長度， 控制馬赫澤德爾幹涉儀的兩個臂長，從而產生共振頻率，輸出微波信號的頻率是由馬赫澤 德爾幹涉儀兩個分臂（兩個環形腔）的長度決定，所述微波信號的可調諧性，通過調節可調 光延遲線107的長度來獲得可調諧的微波信號。具體可以描述為：
[0014] 當不考慮反饋，且若調製器110被頻率為Ω的微波信號所驅動，那麼調製器110 輸出的光信號強度可以表不為：
【權利要求】
1. 半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵是包括直流源（100)、半導 體光放大器（101)、光隔離器（102)、光濾波器（103)、光放大器（104)、馬赫曾德爾幹涉儀 (105)、光纖（111)、光電探測器（112)，電放大器（113)和耦合器（114)並依次連接；馬赫曾 德爾幹涉儀（105)的構成是，其中第二耦合器（106)、長度可調光纖延遲線107)、可調衰減 器（108)、第三耦合器（109)依次連接構成一分臂，調製器（110)並聯第二耦合器（106)與 第三耦合器（109)兩輸出端之間構成另一分臂；從馬赫曾德爾幹涉儀（105)輸出信號光經 光纖（111)後進入到光電探測器，經光電探測器轉換的電信號進入到的電放大器（113)，放 大後的電信號經耦合器（114)分出兩束信號，一束進入到調製器，另一路信號作為微波信 號（115)輸出。
2. 根據權利要求1所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵在於： 所述的光源為半導體光放大器的輸出的寬帶光源或其它的寬帶光源。
3. 根據權利要求1所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵在於： 所述的光濾波器是寬帶光濾波器，使半導體光放大器的自發輻射譜平坦化。
4. 根據權利要求1所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵在於： 所述可調光纖延遲線用其它具有調節馬赫澤德爾幹涉儀臂長的延遲線陣列代替。
5. 根據權利要求1所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵在於： 所述光電探測單元112是平衡探測器或其它種類的光電探測器。
6. 根據權利要求1所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵在於： 所述光纖是普通單模光纖，或是其它具有大色散數值的色散位移光纖等中的一種。
7. 根據權利要求1所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的裝置，其特徵在於： 所述調製器是相位調製器、強度調製器或者偏振調製器的一種。
8. 根據權利要求1至7之一所述的裝置的產生可調諧微波信號源的方法，其特徵在於： 半導體光放大器產生的自發輻射光譜進入到光隔離器，從光隔離器輸出的信號光經光濾波 器濾波後進入到光放大器中，經光放大器放大後的信號光進入馬赫曾德爾幹涉儀；從馬赫 曾德爾幹涉儀輸出信號光經光纖後進入到光電探測器，經光電探測器轉換的電信號進入到 的電放大器，放大後的電信號經耦合器分出兩束信號，一束進入到調製器，另一路信號作為 微波信號輸出；通過調節可調延遲線的長度，控制馬赫澤德爾幹涉儀的兩個分臂臂長，獲得 可調諧的微波信號。
9. 根據權利要求8所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的方法，其特徵在於： 耦合器的80%信號輸出埠進入到相位調製器的射頻輸入埠進行循環，微波信號經耦合 器的20%埠輸出。
10. 根據權利要求8所述的半導體光放大器的可調諧微波信號源的方法，其特徵在於： 所述可調衰減器用於平衡馬赫澤德爾幹涉儀兩個分臂的功率值。
【文檔編號】H04B10/516GK104113378SQ201410232090
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】王吉林, 夏菽蘭, 王如剛, 陳榮, 紀正飈 申請人:鹽城工學院