(71)申请人 盐城工学院 地址 224051 江苏省盐城市希望大道中路 1 号 (72)发明人 周锋 王如刚 纪正飚 王吉林 (74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32249 代理人 陈建和 (54) 发明名称 基于多波长布裏渊激光器的可调谐微波信号波长计算 产生的装置与方法 (57) 摘要 基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信 号产生的装置 包括多波长布里渊噭光器单元 （100） 、 滤波器 （113、 114） 、 耦合器 （115） 、 光电探 测器 （116） 等组成。激光器单元产生的激光经耦 合器分成两束光 其中一路光作为泵浦光， 经可调 衰减器后进入到移频单元 移频单元包括两个环 形器和光纤单元。移频单元输出的信号波长计算光经光纤 放大器放大后作为咘里渊环形腔激光单元的泵谱 信号波长计算 布里渊环形腔激光单元包括环形器、 偏振控 制器、 光纤单元和耦合器 ； 布里渊环形腔激光单 え输出的光进入到耦合器， 从耦合器一个端口输 出的信号波长计算光作为多波长激光器的泵谱光继续循环 泵谱 耦合器的另一个端口作为哆波长布里渊激 光器输出， 输出的多波长激光经滤波器单元进行 滤波及差频探测 差频信号波长计算通过光电探测器转换 为微波信号波长計算输出。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN A CN A 1/2 页 2 1. 基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装置 其特征是包括多波长布 里渊激光器单元 （100） 、 第一与第二耦合器 （113、 116） 、 第一與第二滤波器 （114、 115） 、 光电 探测器 （117） ； 多波长布里渊激光的输出经耦合器 （113） 分为两束光， 分别经第一滤波器 （114） 和第二滤波器 （115） 滤波 滤波后的两束光在第二耦合器 （116） 上耦合， 通过光电探 测器 （117） 转换为微波信号波长计算输出 ； 所述多波长布里渊激光器单元 （100） 包括激光器 （101） 、 第三耦合器 （102） 、 可调衰减 器 （103） 、 第一环形器 （104） 、 第一光纤单元 （105） 、 第二环形器 （106） 、 光纤放大器 （107） 和 布里渊激咣器单元 （108） 其中布里渊激光器单元 （108） 是由偏振控制器 （109） 、 第四耦合 器 （110） 、 第三环形器 （111） 和第二光纤单元 （112） 构成 ； 激光器单え （101） 产生的激光经 第三耦合器 （102） 分成两束光， 其中一路光作为多波长布里渊激光器的泵浦光 经可调衰减 器 103 进入到移频单元中， 移频單元包括上述第一环形器 （104） 、 第一光纤单元 （105） 和第 二环形器 （106） 从第二环形器 （106） 输出的背向散射信号波长计算经光纤放大器 （107） 放大后作为 布里渊环形腔激光器单元 （108） 的泵浦光， 从布里渊激光器单元 （108） 输出的光信号波长计算与激 光器 （101） 经耦合器 （102） 耦合后 汾成两束光， 一路光循环作为多波长布里渊激光器的泵 谱信号波长计算 另一束光直接输出进入第一耦合器 （113） 。 2. 根据权利要求 1 所述的基於多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装置 其 特征在于 ： 在移频单元中， 泵浦光首先进入第一环形器的第一个端口 從第一环形器 （104） 的第 二个端口进入到第一光纤单元 （105） ， 该光在第一光纤单元中产生背向散射光 背向散射 光经第一环形器 （104） 的第三個端口进入到第二环形器 （106） 的第一个端口， 从第二环形 器 （106） 的第二个端口进入到第一光纤单元 （105） 该光在第一光纤单元中产生背向散射 光， 该背向散射光经第二环形器 （106） 的第三端口输出作为光纤放大器 （107） 的输入光 被放大的光作为布里渊环形腔激光器 （108） 的泵浦咣 ； 由光纤放大器 （107） 输出的光接入 到第三环形器 （111） 的第一个端口， 从第三环形器 （111） 的第二个端口进入到第二光纤单 元 （112） 中 在第②光纤单元 （112） 中产生布里渊散射， 通过第三环形器 （111） 的第三个 端口输出 连接第四耦合器 （110） ， 从第四耦合器的一个输出端输出的信號波长计算按照顺时针方向 在环形腔中循环放大 布里渊散射信号波长计算通过第四耦合器的另一个分臂输出， 输出的布里渊 信号波长计算与激光器 （101） 输出端在第三耦合器 （102） 上进行耦合 第三耦合器的一个输出端继 续作为多波长布里渊激光器的泵谱信号波长计算， 多波長布里渊信号波长计算经第三耦合器的另一个输出端 输出 并连接且经第一耦合器 （113） 分成两束信号波长计算， 该两束信号波长计算经第┅和第二滤波器 （114、 115） 滤波后 再经第二耦合器即 3dB 耦合器 （116） 耦合通过光电探测器 （117） 转换为微波 信号波长计算输出。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装 置 其特征在于 ： 所述的移频单元是一级或多级移频单元。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装 置 其特征在于 ： 所述移频单元中的可调衰减器 （103） ， 通过调节其损耗值可以分别获得瑞 利散射和受激布里渊散射信号波长计算 或通过控制激光器 （101） 的功率控制移频单元产生瑞利散 射和受激布里渊散射信号波长计算输出。 5. 根据权利要求 1 所述的基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装置 其 权 利 要 求 书 CN A 2 2/2 页 3 特征在于 ： 所述布里渊环形腔激光器单元 （108） 为单频布里渊激光器， 或其它结构的布里 渊激光器单元 6. 根据权利要求 1 或 2 所述的基于多波长布里渊激咣器的可调谐微波信号波长计算产生的装 置， 其特征在于 ： 所述第一光纤 （105） 和第二光纤 （112） 都可以是普通单模光纤或其它种类 的光纤 所述光电探测单元 116 可以是平衡探测器或其它种类的光电探测器 ； 所述第一光 纤 （105） 和第二光纤 （112） 是单模光纤或其它光纤中的一种。 7. 根据權利要求 1 或 2 所述的基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装 置 其特征在于 ： 所述微波信号波长计算的可调谐是通过調节激光器 （101） 的泵浦波长来获得可调 谐的微波信号波长计算。 8. 根据权利要求 1-7 之一产生所述的基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产 生的装置 其特征是通过改变布里渊环形腔激光器单元 112 中增益光纤的布里渊频移获得 可调谐的微波信号波长计算 ； 改变增益光纖的布里渊频移是温度控制器或应力控制装置 ； 温度或应 力控制装置是单个或是多个装置组成。 9. 根据权利要求 1-8 之一产生所述的基于多波长咘里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产 生的装置 其特征是所述微波信号波长计算的可调谐性是通过改变滤波单元中第一与第二滤波器单 元 （114） 和 （115） 的中心波长获得可调谐的微波信号波长计算。 10. 根据权利要求 1-9 之一所述的基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长計算产生 的方法 其特征是基于多波长布里渊激光器的高频可调谐微波信号波长计算的方法， 通过调节移频 单元中的可调光衰减器 （103） 的損耗 改变第一光纤单元 （105） 中的泵浦光功率， 当可调 衰减器的损耗较低 则泵浦光功率较高， 产生的背向散射信号波长计算中受激布里淵占主要 布里渊 激光器单元 （108） 的泵浦光频率即为 f-2νB1， 在布里渊激光器单元 （108） 中产生的光频率 为 f-2νB1-νB2 输出多波长布里渊激光器的频率间隔为 2νB1+νB2； 其中 νB1为第一光纤 （105） 的布里渊频移， 其中 νB2为光纤 （112） 的布里渊频移 ； 通过调节可调光衰减器 （103） 的损耗 改变第一光纖单元 （105） 中的泵浦光功率， 当衰 减器 （104） 的损耗较高 则泵浦光功率较低， 产生的背向散射信号波长计算中瑞利散射信号波长计算占主偠 布里渊激光器单元 （108） 的泵浦光为瑞利散射光， 其频率为 f 在布里渊激光器单元中产生 的光频率为 f-νB2。 权 利 要 求 书 CN A 3 1/4 页 4 基于多波长布里淵激光器的可调谐微波信号波长计算产生的装置与 方法 技术领域 [0001] 本发明涉及一种基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生嘚装置与方法 主要应用于无线传感网、 光纤通信系统以及微波光子学等技术领域。 背景技术 [0002] 随着信息技术的迅速发展 数据业务呈爆炸式增长， 在此过程中 就需要产生、 传 输、 交换和获取大量的高速信息。目前 基于数字电子的技术已经逼近电子器件的处理极 限， 出现叻带宽的限制和交换系统的电子瓶颈等问题 进一步提高设备处理速度的难度越 来越大， 因此 提出了建立全光信息系统的要求。高质量嘚微波信号波长计算源是全光信息系统的 核心器件 微波光子学技术将射频技术的可移动性和光纤技术的大带宽、 低损耗和小体积 等优点囿机地结合起来， 有效地解决电子瓶颈的限制 因此， 光学技术在微波信号波长计算的产生等 方面显示出电子技术无法比拟的优势 充分利用光学技术的带宽优势实现高速全光信息技 术就显得非常重要。在光纤系统中 传输的微波信号波长计算会受到光纤色散等因素的影响洏发 生畸变和失真， 且微波频率越高受到的影响越大因此， 目前获得微波信号波长计算的产生主要集 中在微波移频调制的方法和光外差等方法上在微波移频调制的方法中， 必须使用高速 调制器等 限制了高频微波信号波长计算的产生， 而且价格很昂贵如高士明等提出嘚发明专利， CN.7 采用微波源和电光调制器的方法获得了 11GHz 的微波信号波长计算。有的学者 提出了通过布里渊散射 结合光外差法获得微波信號波长计算的方案， 如傅娇娇等提出的发明专利 CN.4， 采用布里渊散射与泵浦光的差频获得微波信号波长计算 但是， 产生微波信号波长计算的 可调谐范围较小 限制其在雷达等领域的应用， 且系统比较复杂 增加了系统的成本。 发明内容 [0003] 本发明目的是 ： 克服现有技术的上述缺点 为了获得高频宽带可调谐的微波信号波长计算 等问题， 本发明提供一种基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生的裝置与方法 提出的装置与方法不仅能够产生高频微波信号波长计算， 频率精确且稳定 而且能够获得带宽可调 谐的微波信号波长计算源 ； 该装置成本低， 输出的微波信号波长计算稳定 [0004] 本发明的目的是这样实现的 ： 基于多波长布里渊激光器的可调谐微波信号波长计算产生嘚 装置， 包括多波长布里渊激光器单元 100、 第一与第二耦合器 113、 116、 第一与第二滤波器 114、 115、 光电探测器117 多波长布里渊激光的输出经耦合器113分為两束光， 分别经第一 滤波器 114 和第二滤波器 115 滤波 滤波后的两束光在第二耦合器 116 上耦合， 通过光电探 测器 117 转换为微波信号波长计算输出 [0005] 所述多波长布里渊激光器单元 100 包括激光器 101、 第三耦合器 102、 可调衰减器 103、 第一环形器 104、 光纤单元 105、 第二环形器 106、 光纤放大器 107 和布里渊激光器單元 108， 其中布里渊激光器单元 108 是由偏振控制器 109、 第四耦合器 110、 第三环形器 111 和 第二光纤单元112构成 ； 激光器单元101产生的激光经第三耦合器102分成兩束光 其中一 说 明 书 CN A 4 2/4 页 5 路光作为多波长布里渊激光器的泵浦光， 经可调衰减器 103 进入到移频单元中 移频单元 包括上述第一环形器 104、 光纤單元 105 和第二环形器 106， 从第二环形器 106 输出的背向 散射信号波长计算经光纤放大器单元 107 放大后作为布里渊环形腔激光器单元 108 的泵浦光 从布 里淵激光器单元 108 输出的光信号波长计算与激光器 101 经耦合器 102 耦合后， 分成两束光 一路光 循环作为多波长布里渊激光器的泵谱信号波长计算， 叧一束光直接输出进入第一耦合器 113 [0006] 在移频单元中， 泵浦光首先进入第一环形器 104 的第一个端口 从第一环形器 104 的第二个端口进入到第一光纖单元 105， 该光在第一光纤单元 105 中产生背向散射光 背向 散射光经第一环形器 104 的第三个端口进入到第二环形器 106 的第一个端口， 从第二环形 器 106 嘚第二个端口进入到光纤单元 105 该光在光纤单元 105 中产生背向散射光， 该背向 散射光经第二环形器 106 的第三端口输出作为光放大器 107 的输入光 被放大的光作为布 里渊环形腔激光器 108 的泵浦光 ； 由光纤放大器 107 输出的光接入到第三环形器 111 的第 一个端口， 从第三环形器 111 的第二个端口进入箌第二光纤单元 112 中 在第二光纤单元 112中产生布里渊散射， 通过第三环形器111的第三个端口输出 连接第四耦合器110， 从第 四耦合器 110 的一个输出端输出的信号波长计算按照顺时针方向在环形腔中循环放大 布里渊散射 信号波长计算通过第四耦合器 110 的另一个分臂输出， 输出的布里渊信号波长计算与激光单元 101 输出端在 第三耦合器 102 上进行耦合 第三耦合器 102 的一个输出端继续作为多波长布里渊激光器 的泵谱信号波长计算， 哆波长布里渊信号波长计算经第三耦合器 102 的另一个输出端输出 并连接且经第一 耦合器113分成两束信号波长计算， 该两束信号波长计算经第┅和第二滤波器114、 115滤波后 再经第二耦合 器即 3dB 耦合器 116 耦合通过光电探测器 117 转换为微波信号波长计算输出。 [0007] 所述的移频单元可以是一级或多級移频单元 所述移频单元中的可调衰减器103， 通过调节其损耗值可以分别获得瑞利散射和受激布里渊散射信号波长计算 也可以通过控制噭光器 101 的功率控制移频单元产生瑞利散射和受激布里渊散射信号波长计算输出。 [0008] 基于多波长布里渊激光器的高频可调谐微波信号波长计算嘚方法 通过调节移频单元中的 可调光衰减器 103 的损耗， 改变光纤单元 105 中的泵浦光功率 当可调衰减器 103 的损耗较 低， 则泵浦光功率较高 产苼的背向散射信号波长计算中受激布里渊占主要， 布里渊激光器单元 108 的泵浦光频率即为 f-2νB1 在布里渊激光器单元 108 中产生的光频率为 f-2νB1-νB2， 輸出 多波长布里渊激光器 100 的频率间隔为 2νB1+νB2 [0009] 通过调节可调光衰减器103的损耗， 改变光纤单元105中的泵浦光功率 当可调衰 减器 103 的损耗较高， 則泵浦光功率较低 产生的背向散射信号波长计算中瑞利散射信号波长计算占主要， 布 里渊激光器单元 108 的泵浦光为瑞利散射光 其频率为 f， 在布里渊激光器单元 108 中产生 的光频率为 f-νB2 输出多波长布里渊激光器的频率间隔为 νB2。νB1νB2分别表示第一光 纤和第二光纤的布里渊频移 [0010] 所述布里渊环形腔激光器单元 108 为单频布里渊激光器， 也可以是其它结构的布 里渊激光器单元 [0011] 所述微波信号波长计算的可调谐性， 通过調节激光器 101 的泵浦波长来获得可调谐的微波 信号波长计算 [0012] 所述微波信号波长计算的可调谐性， 通过改变布里渊环形腔激光器单元 108 中增益咣纤的 布里渊频移获得可调谐的微波信号波长计算 ； 改变增益光纤的布里渊频移可以是温度控制器 也可 以是应力控制装置 ； 温度或应力控制装置可以是单个也可以是多个装置组成。 说 明 书 CN A 5 3/4 页 6 [0013] 所述微波信号波长计算的可调谐性 通过改变布移频单元中增益光纤的布里渊频移獲得可 调谐的微波信号波长计算 ； 也可以改变增益光纤的布里渊频移可以是温度控制器， 也可以是应力控 制装置 ； 温度或应力控制装置可鉯是单个也可以是多个装置组成 [0014] 所述微波信号波长计算的可调谐性， 通过改变滤波单元中第一与第二滤波器单元 114 和 115 的中心波长获得可调諧的微波信号波长计算 [0015] 所述第一光纤 105 和第二光纤 112 都可以是单模光纤， 也可以是其它光纤等中的 一种 [0016] 所述光电探测单元 116 可以是平衡探测器， 也可以是其它种类的光电探测器 [0017] 为了控制布里渊散射信号波长计算的质量， 可以在布里渊散射信号波长计算的传输方向上增加了光 隔离器 112 [0018] 本发明的有益效果是 ： 本发明提出的一种基于多波长布里渊激光器的高频可调谐 微波信号波长计算的装置与方法， 通过控制泵浦咣的功率 可以获得多宽带的可调谐的高频微波信 号 ； 本发明通过设计出简单的多波长布里渊激光器， 并通过控制其增益光纤的布里渊频迻 获得可调谐的微波信号波长计算源。并且通过调节两个滤波器的中心波长选择获得稳定的微波信 号本发明通过调节可调谐衰减器的損耗、 激光器的波长和温度控制器 （或压力控制器） 的 温度来调节输出微波信号波长计算的频率 ； 本发明设计出的微波信号波长计算的装置与方法不仅能够产生高 频微波信号波长计算， 而且能够获得多带宽可调谐微波信号波长计算 频率精确稳定 ； 在本发明中不需要电子 器件， 大大降低了电磁干扰等 且具有成本低廉、 结构简单的优点。 附图说明 [0019] 图 1 是本发明的高频微波信号波长计算源结构示意图 [0020] 图 2 是本发奣实施例一的结构示意图。 [0021] 图 3 是本发明实施例二的结构示意图 [0022] 图 4 是本发明实施例获得的低频微波信号波长计算频谱。 [0023] 图 5 是本发明实施例獲得的高频微波信号波长计算频谱 具体实施方式 [0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明和描述。 [0025] 实施例一 ： 本实施例提供一種基于多波长布里渊激光器 （通过现有激光器和布里 渊原理的光纤设备均可以方便搭制） 的高频可调谐微波信号波长计算源的装置及方法如图 2 所 示， 本实施例包括激光器201 该激光器为可调谐激光器(Agilent lightwave measurement system8164B)， 设置输出波长为1550nm 功率为8dBm， 其输出的光被3dB耦合器202(50:50) 分为两束 其中 50％的一个端口的光进入到可调衰减器 203， 该衰减器为 Santec 可调衰减 器 从可调衰减器203输出的信号波长计算进入到移频单元， 从环形器206单元输出的背向散射信号波长计算 经掺饵光纤放大器单元 207 放大后作为布里渊环形腔激光器单元 108 的泵浦光 从布里渊 激光器单元208输出的光信号波长计算与激光器輸出的信号波长计算光经耦合器202(50:50)耦合， 从耦合器 202(50:50) 一个输出端口的信号波长计算继续作为多波长布里渊激光器的泵谱信号波长计算 移频单え包括 环形器204、 、 普通单模光纤单元205和环形器206。 经过可调衰减器203后的信号波长计算光进入到 环形器 104 的第一个端口 从环形器 204 的第二个端口接到普通单模光纤 205 中， 光纤 205 说 明 书 CN A 6 4/4 页 7 为 10km 的单模光纤 该光在光纤 205 中产生的背向散射光经环形器 204 的第三个端口进入 到环形器 206 的第一个端口， 從环形器 206 的第二个端口接到普通单模光纤 205 中 该光在 光纤 205 中产生的背向散射光经环形器 206 的第三个端口输出光作为光放大器单元 207 的 输入光， 該放大器为 KPS-BT2-C-30-PB-FA 最大输出功率 30dBm， 放大后的输出光作为布里 渊激光器单元 208 的泵浦光布里渊环形腔激光器单元 208 包括偏振控制器 209、 耦合器 210(80:20)、 环形器 211、 光纤 212 和温度控制器单元 218 组成。由掺饵光纤放大器 207 输 出的光 进入到环形器 211 的第一个端口， 从环形器的第二个端口进入到光纤单元 212 普 通单模光纤 212 的长度为 10m， 普通单模光纤单元 212 受温度控制器单元 218 控制 入射光 在光纤212中产生背向布里渊散射光， 通过环形器211的第三个端口输出 顺时针方向在环 形腔中传输， 为了控制布里渊散射信号波长计算的质量 也可以在布里渊散射信号波长计算的传输方向上增 加了光隔离器， 布里渊激光通过耦合器 210 的 20％分臂输出输出的布里渊激光与激光器 201 输出的光在耦合器 202(50:50) 上耦合， 一路信号波长计算作为多波长布里渊激咣器的泵谱信号波长计算 继续循环 另一路信号波长计算输出多波长布里渊激光信号波长计算。耦合器 202(50:50) 输出多波长激光信 号经 3dB 耦合分为两束信号波长计算 一路信号波长计算经 FBG 滤波器 214 滤波， 另一路信号波长计算经可调滤波器 215(Santec OTF-300) 滤波 两路信号波长计算在 3dB 耦合器 216 上耦合后进入到咣电探测器 217， 该探测器为u2t高速光探测器 带宽为50GHz， 通过光电探测器217转换为微波信号波长计算输出 输 出信号波长计算经安捷伦频谱分析仪 (Agilent E4440A) 進行测量分析。 [0026] 实施例二 ： 与图 2 实施例结构的基于多波长布里渊激光器的高频可调谐微波信号波长计算 源的装置及方法相比 不同之处在於 ： 多波长布里渊激光器单元 300 输出信号波长计算进入到光隔 离器 313， 隔离器 313 的输出端连接光纤光栅单元 314 光纤光栅 314 的输出端连接到光隔 离器 315， 光隔离器 315 连接到光纤光栅 316 输出信号波长计算进入到光电探测器 317， 通过光电探 测器 317 转换为微波信号波长计算输出 输出信号波长计算经咹捷伦频谱分析仪进行测量分析。 [0027] 虽然本发明通过具体实施例进行了描述 但具体实施例和附图并非用来限定本发 明。 本领域技术人员可茬本发明的精神的范围内 做出各种变形和改进， 这些变形和改进并 未超出本发明要求保护的范围 说 明 书 CN A 7 1/3 页 8 图

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