一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器制造技术

本发明专利技术公开了一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器，其利用锁相环将振荡器的信号相位锁定到外置的高稳参考源，实现低相噪，高稳定的射频信号输出，同时利用可编程小数分频器的分频比和可调光滤波器中心波长的同步控制，使得振荡频率和激光腔模的匹配，从而实现耦合型振荡器输出频率的稳定振荡；由于可调光滤波器和锁相环的快速响应，本发明专利技术可实现耦合型光电振荡器频率高速可调，可适用于为无线通信、雷达、电子战等系统提供高质量快速可调的射频本振源。

【技术实现步骤摘要】
一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器
本专利技术属于光电
，具体涉及一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器。
技术介绍
高质量的微波信号源在现代通信系统中扮演着重要角色，航空航天、仪器测量、电子对抗、雷达导航等众多领域都对微波信号源的品质提出了很高的要求。然而传统的微波振荡器却存在着品质因数较低，相噪特性受限于工作频率等缺点，这也使得研究人员将目光投向新兴的微波光子学，光电振荡器也应运而生。光电振荡器是一种由光载射频链路与电学放大选频链路构成的光电混合环路，凭借着光纤具有的低传输损耗的优点，光电振荡器显著降低了微波振荡信号的相噪，并且提高了其环路的有载品质因数。因此，光电振荡器在毫米波波段显示出了特有优势。随着研究的进一步深入，科学家也在不断地改进和优化光电振荡器的结构，这其中比较有代表性的耦合型光电振荡器结构。耦合型光电振荡器是由一个环形主动锁模光纤激光器与光电振荡器相互耦合形成；耦合型光电振荡器结构的最初光信号来自于放大器的自发辐射，光信号再经过循环放大，选频形成一系列光纵模；环形光纤激光器产生的一部分光信号经光耦合器耦合至光电振荡器环路，用于拍频产生射频信号；光电振荡器环路生成的射频信号最终被反馈至调制器来调制光纤激光器的光脉冲，使得光纤激光器进入主动锁模状态。主要是在谐波锁模的作用下，光纤激光器环路中的纵模间隔变为与光电振荡器的振荡频率相同，不满足调制频率间隔的纵模均被抑制，此时光纵模之间的间隔就变为环形光纤激光器固有模式间隔的整数倍，各模式趋于相位同步，这意味着这些模式的拍频信号将同相叠加而产生一个光电振荡器振荡频率上的强信号，因此增强了光电振荡器环路的Q值。相比较于单环的光电振荡器，耦合型光电振荡器在边模抑制比、相噪特性、频率稳定性等方面有着更优的性能。在实际应用如雷达侦测、无线通信，电子战等系统中，射频本振往往需要根据接收信号的特性，灵活地进行频率调节。由于耦合型振荡器的振荡取决于光纤激光腔和光电回路的模式匹配，因此可调性相对复杂，目前还没有看到文献关于频率可调耦合型光电振荡器的报道。
技术实现思路
为了使耦合型光电振荡器实现频率可调，本专利技术提供了一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器，利用锁相环将振荡器的信号相位锁定到外置的高稳参考源，实现低相噪，高稳定的射频信号输出，同时利用可编程小数分频器的分频比和可调光滤波器中心波长的同步控制，使得振荡频率和激光腔模的匹配，从而实现耦合型振荡器输出频率的稳定振荡；由于可调光滤波器和锁相环的快速响应，本专利技术可实现耦合型光电振荡器频率高速可调。一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器，包括：光放大器、光滤波器、光耦合器、电光调制器、可调光滤波器、色散器件、光电探测器、带通滤波器、电放大器、电功分器、电移相器、可编程小数分频器、鉴相器、参考源、低通滤波器以及微处理器；其中：光放大器、光滤波器、光耦合器、电光调制器、可调光滤波器、色散器件通过光纤依次连接并形成环路，光耦合器通过光纤与光电探测器连接，光电探测器、带通滤波器、电放大器、电功分器、电移相器、电光调制器通过射频线依次连接，电功分器、可编程小数分频器、鉴相器、低通滤波器通过射频线依次连接，参考源通过射频线与鉴相器连接，微处理器则通过电导线与低通滤波器、可调光滤波器以及电移相器连接；所述光放大器用于对输入的光信号进行放大；所述光滤波器用于对放大后的光信号进行滤波，从而输出第一光信号；所述光耦合器用于将第一光信号分为两路光信号L1和L2；所述电光调制器用于将光信号L1调制上射频信号，从而输出第二光信号；所述可调光滤波器在电信号M的控制下选择第二光信号的光谱范围以对其进行滤波，从而输出第三光信号；所述色散器件用于对第三光信号产生延时后将其输入至光放大器；所述光电探测器用于将光信号L2转换成电信号；所述带通滤波器用于对电信号进行带通滤波；所述电放大器用于对滤波后的电信号进行放大；所述电功分器用于将放大后的电信号分为电信号E1、E2和E3，其中电信号E3为系统的输出结果；所述电移相器在电信号N的控制下对电信号E1进行移相，从而得到所述射频信号；所述可编程小数分频器用于对电信号E2进行分频；所述参考源用于产生参考信号；所述鉴相器用于将分频后的电信号E2与参考信号进行鉴相，输出相差信号；所述低通滤波器用于对相差信号进行低通滤波，输出误差信号；所述微处理器根据误差信号和光纤激光环参数，通过计算与光纤激光腔匹配所需要的可调光滤波器的中心波长，从而生成电信号M用以控制可调光滤波器；同时微处理器根据误差信号和光电环路参数，计算出光电环路相位锁定误差量，从而生成电信号N用以控制电移相器。进一步地，所述光放大器采用掺铒光纤放大器或半导体放大器。进一步地，所述光滤波器采用光带通滤波器，带宽优选为1～4nm。进一步地，所述可调光滤波器是一种可通过电压控制其中心波长的光滤波器件，优选采用可调梳状光滤波器。进一步地，所述色散器件采用色散位移光纤或光纤光栅。进一步地，所述参考源采用低相噪源，如恒温晶振或铷钟。本专利技术利用锁相环将耦合型振荡器的振荡信号相位锁定到一个高稳参考源，从而产生低相噪声、高稳定的射频信号，通过改变可调小数分频器的分频比，实现振荡器输出频率的改变，利用可调光滤波器中心波长的调节，实现光纤激光器模式和锁定频率的同步匹配，从而实现振荡器的稳定输出；由于移相器和可调光滤波器的快速响应性能，本专利技术可以实现频率的高速可调，可适用于为无线通信、雷达、电子战等系统提供高质量快速可调的射频本振源。附图说明图1为本专利技术耦合型光电振荡信号产生器的结构示意图。图2为本专利技术实施例中可调光滤波器的传输响应示意图。图3为本专利技术实施例中可调光滤波器中心波长频移随电压变化的曲线图。图中：1—光放大器，2—光滤波器，3—光耦合器，4—电光调制器，5—可调光滤波器，6—色散器件，7—光电探测器，8—带通滤波器，9—电放大器，10—电功分器，11—电移相器，12—可编程小数分频器，13—鉴相器，14—参考源，15—低通滤波器，16—微处理器。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，本专利技术频率可调的耦合型光电振荡信号产生器，包括光放大器1、光滤波器2、光耦合器3、电光调制器4、可调光滤波器5、色散器件6、光电探测器7、带通滤波器8、电放大器9、电功分器10、电移相器11、可编程小数分频器12、鉴相器13、参考源14、低通滤波器15、微处理器16。其中光放大器1、光滤波器2、光耦合器3、电光调制器4、可调光滤波器5、色散器件6通过光纤依次连接，光耦合器3通过光纤与光电探测器7连接，光电探测器7、带通滤波器8、电放大器9、电功分器10、电移相器11、电光调制器4通过射频线依次连接，电功分器10、可编程小数分频器12、鉴相器13、低通滤波器15通过射频线依次连接，参考源14通过射频线与鉴相器13连接，微处理器16则通过电导线与低通滤波器15、可调光滤波器5以及电移相器11连接。光放大器1用于放大输入的光信号，并输出放大后的光信号；光滤波器2用于选择通过的光谱范围，限制带外噪声，输出第一光信号；光耦合器3用于将第一光信号分为两路光信号L1和L2；电光调制器4用于将光信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器，其特征在于：包括光放大器、光滤波器、光耦合器、电光调制器、可调光滤波器、色散器件、光电探测器、带通滤波器、电放大器、电功分器、电移相器、可编程小数分频器、鉴相器、参考源、低通滤波器以及微处理器；其中：光放大器、光滤波器、光耦合器、电光调制器、可调光滤波器、色散器件通过光纤依次连接并形成环路，光耦合器通过光纤与光电探测器连接，光电探测器、带通滤波器、电放大器、电功分器、电移相器、电光调制器通过射频线依次连接，电功分器、可编程小数分频器、鉴相器、低通滤波器通过射频线依次连接，参考源通过射频线与鉴相器连接，微处理器则通过电导线与低通滤波器、可调光滤波器以及电移相器连接；所述光放大器用于对输入的光信号进行放大；所述光滤波器用于对放大后的光信号进行滤波，从而输出第一光信号；所述光耦合器用于将第一光信号分为两路光信号L1和L2；所述电光调制器用于将光信号L1调制上射频信号，从而输出第二光信号；所述可调光滤波器在电信号M的控制下选择第二光信号的光谱范围以对其进行滤波，从而输出第三光信号；所述色散器件用于对第三光信号产生延时后将其输入至光放大器；所述光电探测器用于将光信号L2转换成电信号；所述带通滤波器用于对电信号进行带通滤波；所述电放大器用于对滤波后的电信号进行放大；所述电功分器用于将放大后的电信号分为电信号E1、E2和E3，其中电信号E3为系统的输出结果；所述电移相器在电信号N的控制下对电信号E1进行移相，从而得到所述射频信号；所述可编程小数分频器用于对电信号E2进行分频；所述参考源用于产生参考信号；所述鉴相器用于将分频后的电信号E2与参考信号进行鉴相，输出相差信号；所述低通滤波器用于对相差信号进行低通滤波，输出误差信号；所述微处理器根据误差信号和光纤激光环参数，通过计算与光纤激光腔匹配所需要的可调光滤波器的中心波长，从而生成电信号M用以控制可调光滤波器；同时微处理器根据误差信号和光电环路参数，计算出光电环路相位锁定误差量，从而生成电信号N用以控制电移相器。...

【技术特征摘要】
1.一种频率高速可调的耦合型光电振荡信号产生器，其特征在于：包括光放大器、光滤波器、光耦合器、电光调制器、可调光滤波器、色散器件、光电探测器、带通滤波器、电放大器、电功分器、电移相器、可编程小数分频器、鉴相器、参考源、低通滤波器以及微处理器；其中：光放大器、光滤波器、光耦合器、电光调制器、可调光滤波器、色散器件通过光纤依次连接并形成环路，光耦合器通过光纤与光电探测器连接，光电探测器、带通滤波器、电放大器、电功分器、电移相器、电光调制器通过射频线依次连接，电功分器、可编程小数分频器、鉴相器、低通滤波器通过射频线依次连接，参考源通过射频线与鉴相器连接，微处理器则通过电导线与低通滤波器、可调光滤波器以及电移相器连接；所述光放大器用于对输入的光信号进行放大；所述光滤波器用于对放大后的光信号进行滤波，从而输出第一光信号；所述光耦合器用于将第一光信号分为两路光信号L1和L2；所述电光调制器用于将光信号L1调制上射频信号，从而输出第二光信号；所述可调光滤波器在电信号M的控制下选择第二光信号的光谱范围以对其进行滤波，从而输出第三光信号；所述色散器件用于对第三光信号产生延时后将其输入至光放大器；所述光电探测器用于将光信号L2转换成电信号；所述带通滤波器用于对电信号进行带通滤波；所述电放大器用于对滤波后的电信号进行放大；所述电功分器用于将放大后的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晓峰，肖康，邱纪琛，金向东，余显斌，沈小青，丛波，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33