一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,解决了传统光子倍频信号发生器无法在无射频本振源的情况下,生成毫米波信号的问题。该装置能够在不使用射频本振源以及滤波器件的情况下利用光子倍频的方法获得3倍频毫米波信号,并且所产生信号频率可连续调节。极大降低了毫米波系统成本,并为未来毫米波系统高度集成提供了可行性方案。特别适用于光通信、微波毫米波通信、微波光子(RoF:Radio over Fiber)、光纤传感和雷达等技术领域。
1.一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,其特征在于该装置无需本振源,无需滤波器件,所产生信号频率可连续调节;其装置包括:连续激光器一(1),连续激光器二(2),50:50光纤耦合器(3),光电探测器一(4),1×2电桥(5),移相器(6),双平行马赫增德尔调制器(7),上臂集成调制器(71),下臂集成调制器(72),核心集成调制器(73),光电探测器二(8);具体连接方式为:连续激光器一(1)与连续激光器二(2)的光输出端分别连接50:50光纤耦合器(3)的两个光输入端,50:50光纤耦合器(3)的两个光输出端分别连接光电探测器一(4)与双平行马赫增德尔调制器(7)的光输入端,光电探测器一(4)的电输出端连接1×2电桥(5)的电输入端,1×2电桥(5)的两个电输出端分别连接上臂集成调制器(71)与移相器(6)的电输入端,移相器(6)电输出端连接下臂集成调制器(72)的电输入端,双平行马赫增德尔调制器(7)的光输出端连接光电探测器二(8)的光输入端,由于上臂集成调制器(71),下臂集成调制器(72),核心集成调制器(73),分别集成于双平行马赫增德尔调制器(7)的上臂、下臂以及内部,均属于双平行马赫增德尔调制器(7)的一部分,因此无需额外连接;装置所使用器件要求为:连续激光器一(1)与连续激光器二(2)至少有一个具备工作波长连续可调节的特性;装置运行过程中器件参数为:连续激光器一(1)与连续激光器二(2)的工作波长不相等,移相器(6)提供180度相移,上臂集成调制器(71)与下臂集成调制器(72)均偏置于最大传输点,核心集成调制器(73)提供负相移。装置生成信号频率调节方式为:通过调整装置中具备工作波长连续可调节的特性激光器,改变连续激光器一(1)与连续激光器二(2)的工作波长差从而调节装置生成信号频率。技术领域
本实用新型涉及一种光学倍频信号发生装置,适用于光通信、微波毫米波通信、微波光子(RoF:Radioxa0overxa0Fiber)、光纤传感和雷达等技术领域。
背景技术
“4G”在全球范围内的商业普及,使得我们正式步入移动多媒体时代。移动数据“爆炸式”的增长正促使移动通信朝着更高速率,更大容量的方向飞速发展。为满足不断提升的系统容量,移动通信系统工作频率正逐步向毫米波甚至更高频段扩展。近来,毫米波移动通信技术已正式纳入“5G”的研究范围。对于毫米波通信而言,系统所采用毫米波质量将直接决定整个毫米波通信系统的性能。目前,毫米波生成技术可大体分为两类,以传统电子学为基础的毫米波生成技术和以现代光子学为基础的毫米波生成技术。以传统电子学为基础的毫米波生成技术采用真空管和固态功率源生成毫米波,不仅所用高频器件价格昂贵而且会遇到带宽和载频的电子学瓶颈,因此这种技术正逐步被光子学为基础的毫米波生成技术所替代。相比之下,以现代光子学为基础的毫米波生成技术由于大多采用光学元件,不仅成功摆脱了电子瓶颈限制,并且具有抗电磁干扰、重量轻、结构紧凑的优点。同时,基于光子学方法生成的毫米波可以与光纤传输系统天然地兼容,无需额外的电光和光电转换设备,使得这项技术的应用范围变得愈加广阔。当前,此技术最为直接的应用是基于光子学倍频技术的光子倍频信号发生器。光子倍频器利用低频本振源,通过外部调制器对激光进行调制,直接或间接生成两条可差频的相干光边带,通过光电转换实现几倍于本振源频率的毫米波生成,例如,[Jingxa0Li,Tigangxa0Ning,Lixa0Pei,Chunhuixa0Qi,Qianxa0Zhou,Xudongxa0Hu,andxa0Songxa0Gao,60GHzxa0millimeter-wavexa0generatorxa0basedxa0onxa0axa0frequency-quadruplingxa0feed-forwardxa0modulationxa0technique,November1,2010/Vol.35,No.21/OPTICSxa0LETTERS]中提到一种4倍频的实现技术,并提到利用IQ调制器可实现8倍频技术,但并未实现8倍频技术;中国专利申请号201410200255.2提出了一种产生四倍频光载毫米波的方法和系统;中国专利申请号201320207987.5提出了一种独立非相干双激光低相位噪声8倍频信号生成装置,实现了8倍频技术;中国专利申请号201410025712.9提出了利用马赫-增德尔调制器产生八倍频毫米波的装置和方法;中国专利申请号201310142262.7一种独立非相干双激光低相位噪声16倍频信号生成装置,实现了16倍频技术。众所周知,射频本振源是利用光子倍频的方法获得毫米波信号所必须的,射频本振源频率越高价格越昂贵,通过提高系统倍频因子(例如,上述方案中4倍频、8倍频以及16倍频等等)可成倍降低所需射频本振源频率。因而可大幅降低射频本振源所带来的系统成本,进而极大程度提高毫米波系统的性价比。如果能够在不使用射频本振源的情况下利用光子倍频的方法获得毫米波信号,则能够使整个毫米波系统在性价比以及集成度方面产生质的飞跃。但是,目前还没有无需射频本振源的光子倍频器方案提出。本专利提出了一种无射频本振源光子倍频信号发生器方案,实现了在不使用射频本振源以及滤波器件的情况下利用光子倍频的方法获得3倍频毫米波信号,并且所产生信号频率可连续调节。极大降低了毫米波系统成本,并为未来毫米波系统高度集成提供了可行性方案。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是:传统光子倍频信号发生器无法在无射频本振源的情况下,生成毫米波信号的问题。本实用新型的技术方案为:一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,其特征在于该装置无需本振源,无需滤波器件,所产生信号频率可连续调节;其装置包括:连续激光器一,连续激光器二,50:50光纤耦合器,光电探测器一,1×2电桥,移相器,双平行马赫增德尔调制器,上臂集成调制器,下臂集成调制器,核心集成调制器,光电探测器二;具体连接方式为:连续激光器一与连续激光器二的光输出端分别连接50:50光纤耦合器的两个光输入端,50:50光纤耦合器的两个光输出端分别连接光电探测器一与双平行马赫增德尔调制器的光输入端,光电探测器一的电输出端连接1×2电桥的电输入端,1×2电桥的两个电输出端分别连接上臂集成调制器与移相器的电输入端,移相器电输出端连接下臂集成调制器的电输入端,双平行马赫增德尔调制器的光输出端连接光电探测器二的光输入端,由于上臂集成调制器,下臂集成调制器,核心集成调制器,分别集成于双平行马赫增德尔调制器的上臂、下臂以及内部,均属于双平行马赫增德尔调制器的一部分,因此无需额外连接;装置所使用器件要求为:连续激光器一与连续激光器二至少有一个具备工作波长连续可调节的特性;装置运行过程中器件参数为:连续激光器一与连续激光器二的工作波长不相等,移相器提供180度相移,上臂集成调制器与下臂集成调制器均偏置于最大传输点,核心集成调制器提供负相移。装置生成信号频率调节方式为:通过调整装置中具备工作波长连续可调节特性激光器的工作波长,改变连续激光器一与连续激光器二的工作波长差从而调节装置生成信号频率。本实用新型的有益效果具体如下:本实用新型所述的一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,能够在不使用射频本振源以及滤波器件的情况下利用光子倍频的方法获得3倍频毫米波信号,并且所产生信号频率可连续调节。解决了传统光子倍频信号发生器无法在无射频本振源的情况下,生成毫米波信号的问题。极大降低了毫米波系统成本,并为未来毫米波系统高度集成提供了可行性方案。
附图说明
图1为一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置作进一步描述。实施方式一:一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,如图1所示其装置包括:连续激光器一1,连续激光器二2,50:50光纤耦合器3,光电探测器一4,1×2电桥5,移相器6,双平行马赫增德尔调制器7,上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,光电探测器二8;具体连接方式为:连续激光器一1与连续激光器二2的光输出端分别连接50:50光纤耦合器3的两个光输入端,50:50光纤耦合器3的两个光输出端分别连接光电探测器一4与双平行马赫增德尔调制器7的光输入端,光电探测器一4的电输出端连接1×2电桥5的电输入端,1×2电桥5的两个电输出端分别连接上臂集成调制器71与移相器6的电输入端,移相器6电输出端连接下臂集成调制器72的电输入端,双平行马赫增德尔调制器7的光输出端连接光电探测器二8的光输入端,由于上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,分别集成于双平行马赫增德尔调制器7的上臂、下臂以及内部,均属于双平行马赫增德尔调制器7的一部分,因此无需额外连接;装置所使用器件要求为:连续激光器一1与连续激光器二2至少有一个具备工作波长连续可调节的特性;装置运行过程中器件参数为:连续激光器一1与连续激光器二2的工作波长不相等,移相器6提供180度相移,上臂集成调制器71与下臂集成调制器72均偏置于最大传输点,核心集成调制器73提供负相移。装置生成信号频率调节方式为:通过调整装置中具备工作波长连续可调节的特性激光器,改变连续激光器一1与连续激光器二2的工作波长差从而调节装置生成信号频率。本实施例中,连续激光器一1的工作波长为1550nm,连续激光器2为工作波长连续可调激光器,工作波长为1550.08nm至1550.12nm连续变化,50:50光纤耦合器3为普通商业光纤耦合器,光电探测器一4可探测完整探测10GHz至15GHz信号,1×2电桥5为普通商业微波线电桥,双平行马赫增德尔调制器7为普通商业双平行马赫增德尔调制器,光电探测器二8可完整探测30GHz至45GHz信号。通过调整连续激光器2的工作波长,使其在1550.08nm至1550.16nm连续变化,经过50:50光纤耦合器3,光电探测器一4,1×2电桥5,移相器6,双平行马赫增德尔调制器7,上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,光电探测器二8,可生成30GHz至45GHz可连续变化的毫米波信号。实施方式二:一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,如图1所示其装置包括:连续激光器一1,连续激光器二2,50:50光纤耦合器3,光电探测器一4,1×2电桥5,移相器6,双平行马赫增德尔调制器7,上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,光电探测器二8;具体连接方式为:连续激光器一1与连续激光器二2的光输出端分别连接50:50光纤耦合器3的两个光输入端,50:50光纤耦合器3的两个光输出端分别连接光电探测器一4与双平行马赫增德尔调制器7的光输入端,光电探测器一4的电输出端连接1×2电桥5的电输入端,1×2电桥5的两个电输出端分别连接上臂集成调制器71与移相器6的电输入端,移相器6电输出端连接下臂集成调制器72的电输入端,双平行马赫增德尔调制器7的光输出端连接光电探测器二8的光输入端,由于上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,分别集成于双平行马赫增德尔调制器7的上臂、下臂以及内部,均属于双平行马赫增德尔调制器7的一部分,因此无需额外连接;装置所使用器件要求为:连续激光器一1与连续激光器二2至少有一个具备工作波长连续可调节的特性;装置运行过程中器件参数为:连续激光器一1与连续激光器二2的工作波长不相等,移相器6提供180度相移,上臂集成调制器71与下臂集成调制器72均偏置于最大传输点,核心集成调制器73提供负相移。装置生成信号频率调节方式为:通过调整装置中具备工作波长连续可调节的特性激光器,改变连续激光器一1与连续激光器二2的工作波长差从而调节装置生成信号频率。本实施例中,连续激光器一1为工作波长连续可调激光器,工作波长为1550.22nm至1550.26nm连续变化,连续激光器2的工作波长为1550.1nm,50:50光纤耦合器3为普通商业光纤耦合器,光电探测器一4可探测完整探测15GHz至20GHz信号,1×2电桥5为普通商业微波线电桥,双平行马赫增德尔调制器7为普通商业双平行马赫增德尔调制器,光电探测器二8可完整探测45GHz至60GHz信号。通过调整连续激光器1的工作波长,使其在1550.22nm至1550.26nm连续变化经过50:50光纤耦合器3,光电探测器一4,1×2电桥5,移相器6,双平行马赫增德尔调制器7,上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,光电探测器二8,可生成45GHz至60GHz可连续变化的毫米波信号。实施方式三:一种无本振无滤波可调节3倍频信号发生装置,如图1所示其装置包括:连续激光器一1,连续激光器二2,50:50光纤耦合器3,光电探测器一4,1×2电桥5,移相器6,双平行马赫增德尔调制器7,上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,光电探测器二8;具体连接方式为:连续激光器一1与连续激光器二2的光输出端分别连接50:50光纤耦合器3的两个光输入端,50:50光纤耦合器3的两个光输出端分别连接光电探测器一4与双平行马赫增德尔调制器7的光输入端,光电探测器一4的电输出端连接1×2电桥5的电输入端,1×2电桥5的两个电输出端分别连接上臂集成调制器71与移相器6的电输入端,移相器6电输出端连接下臂集成调制器72的电输入端,双平行马赫增德尔调制器7的光输出端连接光电探测器二8的光输入端,由于上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,分别集成于双平行马赫增德尔调制器7的上臂、下臂以及内部,均属于双平行马赫增德尔调制器7的一部分,因此无需额外连接;装置所使用器件要求为:连续激光器一1与连续激光器二2至少有一个具备工作波长连续可调节的特性;装置运行过程中器件参数为:连续激光器一1与连续激光器二2的工作波长不相等,移相器6提供180度相移,上臂集成调制器71与下臂集成调制器72均偏置于最大传输点,核心集成调制器73提供负相移。装置生成信号频率调节方式为:通过调整装置中具备工作波长连续可调节的特性激光器,改变连续激光器一1与连续激光器二2的工作波长差从而调节装置生成信号频率。本实施例中,连续激光器一1与连续激光器2均为工作波长连续可调激光器,连续激光器一1工作波长为1550nm至1550.16nm连续变化,连续激光器2工作波长为1550.16nm至1550.32nm连续变化,50:50光纤耦合器3为普通商业光纤耦合器,光电探测器一4可探测完整探测0至40GHz信号,1×2电桥5为普通商业微波线电桥,双平行马赫增德尔调制器7为普通商业双平行马赫增德尔调制器,光电探测器二8可完整探测0至120GHz信号。通过调整连续激光器1与连续激光器2的工作波长,使他们分别在1550nm至1550.16nm,1550.16nm至1550.32nm连续变化经过50:50光纤耦合器3,光电探测器一4,1×2电桥5,移相器6,双平行马赫增德尔调制器7,上臂集成调制器71,下臂集成调制器72,核心集成调制器73,光电探测器二8,可生成0至120GHz可连续变化的射频信号。以上所述实施方案仅为本实用新型的较佳实施例,并非用于限定本实用新型的保护范围,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在本发明公开的内容上,还可以做出若干等同变形和替换,激光器工作波长可调节范围不限于1550nm至1550.32nm,可生成毫米波的范围也不限于0至120GHz这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本专利的保护范围。