一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置

本发明属于微波光子学领域，具体涉及一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置。

背景技术：

1、多频微波信号在双频无线网络、多频雷达和通信多频收发系统中具有潜在的应用前景，可以提高系统集成度和信号转换的便利性。在这些系统中，信号源的相位噪声很大程度上决定了系统的性能。目前高频率的微波信号常常由电学倍频得到，而由电学倍频方式产生的高频信号的相位噪声会被恶化，进而影响系统性能。因此，获得低相位噪声的微波信号、多频微波信号一直是微波及相关领域关注的目标之一。

2、光电振荡产生的单音或者各种波形的微波信号因其低相位噪声、高频谱纯度等特点，成为了一种很具有应用前景的微波信号光学产生方法。其中，基于直调激光器的光电振荡器因其不需要外部调制器而具有结构简单、更易于小型化和集成化的优点，同时具有良好的性能而备受关注。值得注意的是，传统光电振荡器由于环路中存在模式竞争，无论是基于调制器的光电振荡器还是基于直调激光器的光电振荡器，都很难在环路中同时维持性能一致的多个振荡频率。因此，在一个光电振荡器中同时产生多个不同频率的高质量微波信号，成为了研究者们的重点目标。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，目的在于解决上述技术中存在的问题。

2、本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

3、一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，包括直调激光器、长单模光纤、光电探测器、信号源、电混频器、电放大器、滤波模块、电耦合器。其中，所述直调激光器产生的输出光信号依次通过所述长单模光纤、所述光电探测器转换为电信号，进入所述电混频器，与所述信号源提供的外部注入信号进行混频，混频后的信号通过所述电放大器进入滤波模块，滤波后的电信号分为两路，一路对所述直调激光器进行调制，构成光电振荡闭合环路，另一路输出为光生多频微波信号；通过调节所述信号源提供的外部注入信号的频率，以及调节所述滤波模块的通带中心频率，可以输出频率可调谐、数目可调谐的多频微波信号。

4、进一步地，所述直调激光器是允许外部微波信号进行直接调制的半导体激光器；

5、进一步地，使用高精度温度控制系统和电流源对所述直调激光器的工作温度及驱动电流进行控制和调节，使所述直调激光器具有稳定的直流工作状态。

6、优选地，所述直调激光器可以是分布反馈式直调半导体激光器、法布里-珀罗直调半导体激光器、分布式布拉格反射镜直调激光器等；

7、进一步地，所述长单模光纤是光电振荡器的储能及传纤单元，影响着光电振荡器的振荡模式间隔，同时影响着所产生的多频微波信号的相位噪声等性能。

8、进一步地，所述光电探测器将所述直调激光器输出的光信号转化为电信号的器件；

9、进一步地，所述信号源用于提供频率可调、功率可调的外部注入信号，进入所述电混频器与环路中的振荡电信号进行混频以产生所述多频微波信号；

10、进一步地，所述电混频器是产生所述多频微波信号的一个关键；进入到所述电混频器中的环路振荡信号与所述信号源提供的外部注入信号进行混频，在环路中产生频率等于上述环路振荡信号与外部注入信号的和频及差频的多频微波信号；

11、进一步地，所述滤波模块是产生所述多频微波信号的另一个关键；所述滤波模块用于选择光电振荡器环路中的振荡频率，具有多路并联滤波功能，有窄带/窄带带通滤波器、窄带/宽带带通滤波器等结构类型，与所述信号源、所述电混频器共同决定了所产生的光生多频微波信号的频率及载频数目。

12、进一步地，所述电耦合器用于将环路中产生的信号分路，将从所述滤波模块输出的微波信号一分为二，一路反馈调制所述直调激光器，一路输出为所述多频微波信号；

13、优选地，所述滤波模块可以利用两个电耦合器和电缆将一个宽带滤波器和一个窄带滤波器并行连接构成。所述窄带滤波器的中心频率对应进入所述电混频器的环路振荡电信号的中心频率，所述宽带滤波器的带宽决定了所产生多频微波信号的最大带宽；

14、优选地，所述窄带滤波器为钇铁石榴石可调谐带通滤波器，其通带中心频率可以调谐，通过调节所述窄带滤波器的中心频率和所述信号源提供的外部注入信号的频率，可以对多频微波信号的频率进行灵活调谐；

15、优选地，通过调节所述信号源提供的外部注入信号的功率，可以对多频微波信号的相位噪声性能进行优化。

16、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

17、本方案的一个创新点在于，本发明提供的一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，利用直接调制技术及混频技术产生多频微波信号，相比于已有的基于外部调制器光电振荡器型多频微波信号产生方法，本方案无需使用任何外部调制器，结构简单，且可有效地解决光电振荡器中模式竞争带来的难以多模振荡等问题。

18、本方案的一个创新点在于，本发明提供的一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，直调激光器具有光源和调制器的双重功能，因此本发明所述装置构建的多频光电振荡器无需额外的外部调制器即可完成电信号对光信号的调制。

19、本方案的一个创新点在于，本发明提供的一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，利用信号源、电混频器为光电振荡器中的多个模式提供增益竞争优势，使其完成稳定的多模振荡，从而在环路中产生多频微波信号。

20、本方案的一个创新点在于，本发明提供的一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，利用电混频器为光电振荡器中多个振荡模式的相位带来确定关系，确保所产生的多频微波信号间良好的相参性。

21、本方案的一个创新点在于，本发明提供的一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，利用中心频率可调谐的窄带滤波器，配合调节由信号源提供的外部注入信号的频率和功率，使产生的多频信号频率及载频数目可调谐，且调谐方式简单灵活。

技术特征：

1.一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，利用直调激光器构建具有产生多频微波信号功能的光电振荡环路，所述装置包括直调激光器、长单模光纤、光电探测器、信号源、电混频器、电放大器、滤波模块、电耦合器。其中，所述直调激光器产生的输出连续光波依次通过所述长单模光纤、所述光电探测器变为电信号，进入所述电混频器与所述信号源提供的外部注入信号混频，混频后的信号依次通过电放大器和滤波模块，滤波模块后的电信号经电耦合器分路，一路输出所述光生多频微波信号，另一路回到直调激光器进行调制，构成闭合环路。

2.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述直调激光器是允许外部信号直接调制的半导体激光器，构成无需外部调制器的光电振荡器。

3.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述直调激光器后连接的长单模光纤对激光器输出光进行储能延时，将影响光电环路的模式间隔和所产生多频微波信号的相位噪声性能。

4.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述光电探测器用于将光信号转化为电信号。

5.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述信号源提供频率可调、功率可调的外部注入信号。

6.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述电混频器是用于输出两路输入信号的和频信号及差频信号；同时，所述电混频器为光电振荡器中多个振荡模式的相位带来确定关系，确保所产生的多频微波信号间保持良好的相参性。

7.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述电放大器是为环路中产生的电信号提供增益的器件。

8.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述滤波模块用于选择光电振荡器环路中的振荡频率，具有多路并联滤波功能，有窄带带通滤波器/窄带、窄带/宽带带通滤波器等结构类型，与所述信号源、所述电混频器共同决定所产生的光生多频微波信号的频率及载频数目。

9.如权利要求1一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置，其特征在于，所述电耦合器是可以将电信号分路或合路的器件，一路用于输出所产生的多频微波信号，一路用于反馈至所述直调激光器进行调制，闭合光电振荡回路。

技术总结本发明公开了一种基于直调激光器的光生多频微波信号产生装置。本发明利用直调激光器构成光电振荡器环路，同时利用电混频器将信号源提供的外部注入信号与环路振荡产生的电信号进行混频，混频产生两者的差频信号及和频信号，利用宽带滤波器和可调谐窄带滤波器构成的滤波模块，产生频率、载频数目均可调谐的多频微波信号，产生的多频微波信号对直调激光器进行调制，构成闭合环路，同时分路进行输出。通过调节外部注入信号的频率和功率、滤波模块的通带中心频率，实现光生多频微波信号的频率、载频数目的灵活调谐。技术研发人员：张雅丽,孟诚祯,程征杰,焦坤,张尚剑,刘永受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14