[发明专利]一种无外部电本振可调谐的全光微波光子变频装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种全光微波光子变频装置，特别是一种无外部电本振可调谐的全光微波光子变频装置，属于卫星激光通信和微波光子处理转发技术领域。

背景技术

星载宽带微波光子处理转发系统充分利用微波光子技术的大带宽、可集成、强并行处理能力、强抗电磁干扰能力等特性，将宽带微波信号调制到光域，在光域实现宽带宽、多频段、多信号格式微波信号的微波光子处理转发。该技术为解决我国空间信息传输与分发系统通信容量小、波束数量有限、卫星平台资源受限等问题提供一种有效解决方案。在整个处理转发系统中，微波光子变频是很重要的一个环节。

常见的微波光子变频装置设计过程中，除需要变频的射频信号进行电光调制，还需要外界提供一个特定频率的电本振信号，调制到光域生成光本振与射频信号相互作用产生二者的差频输出。常见的光本振来源有两种：一种是直接由高频率射频源提供高频电本振，通过电光调制器生成高频光本振；另一种是由低频射频源提供低频电本振，经倍频器在光域倍频，产生纯净的高频光本振信号。两种方法都有各自的局限性。直接使用高频电本振调制电光调制器，波导的非线性效应会引起噪声性能恶化。而使用低频电本振时，整个变频过程需要利用本振的高次谐波，处理过程引入额外杂波干扰，影响信号的正常接收。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种无外部电本振可调谐的全光微波光子变频装置，尽可能的避免光本振生成过程中的非线性效应，降低了对变频信号的杂波和噪声影响，保证了微波光子变频性能，同时提高变频装置的频率可调谐性。

本发明包括如下技术方案：一种无外部电本振可调谐的全光微波光子变频装置，包括：窄线宽半导体激光器、非线性光环路、光电探测器和低通滤波器；

其中，非线性光环路包括分光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、光环形器、双驱动铌酸锂调制器、直流稳压电源、电衰减器、电功分器、电移相器、光隔离器和单模保偏光纤；

光环形器包括第一端口、第二端口和第三端口，单模保偏光纤包括端口a和端口b，双驱动铌酸锂调制器包括第一射频端口、第二射频端口和直流端口；

窄线宽半导体激光器产生一束功率可调的窄线宽光载波信号并输入给分光器，分光器将该窄线宽光载波信号分为泵浦光和调制光两路，并将泵浦光传输给第一偏振控制器，将调制光输出给第二偏振控制器；第一偏振控制器和第二偏振控制器分别将泵浦光和调制光调整为偏振角度相同的线偏振光；

泵浦光经第一偏振控制器调整为线偏振态泵浦光后，由光环形器的第一端口输入，并经由第二端口输出至单模保偏光纤的端口a，线偏振态泵浦光在单模保偏光纤中激发饱和受激布里渊散射，产生反向斯托克斯光；

直流稳压源的输出端口与双驱动铌酸锂调制器的直流端口相连，为其提供偏压信号；

待变频的射频信号从电衰减器输入端口输入，并经电衰减器输出给电功分器，电功分器对射频信号进行分路后输出两路输出信号，其中一路输入至双驱动铌酸锂调制器的第一射频端口，另一路经电移相器后输入至双驱动铌酸锂调制器的第二射频端口；

调制光经第二偏振控制器调整为线偏振光后输入给双驱动铌酸锂调制器，双驱动铌酸锂调制器对输入的射频信号和调制光进行高阶调制，获得包含M阶射频分量的光信号后经由光隔离器从单模保偏光纤的端口b输入，并从单模保偏光纤的端口a输出，输出的光信号从光环形器的第二端口输入，第三端口输出，光隔离器用来防止后端泵浦光及反射光信号回流到双驱动铌酸锂调制器打坏器件；所述M为自然数；

反向斯托克斯光和调制光在单模保偏光纤中合路后经由光环形器的第三端口输出至光电探测器，反向斯托克斯光作为光本振信号，与光信号中的M阶射频分量在光电探测器中完成拍频及光电变换，得到包括反向斯托克斯光和M阶射频分量的差频分量在内的多个频率分量后，输出至低通滤波器，经低通滤波后输出中频信号，从而完成全光微波光子变频过程。

所述单模保偏光纤中激发饱和受激布里渊散射，产生反向斯托克斯光；具体为：

窄线宽半导体激光器输出线宽为100KHz，初始功率为0dBm的光载波信号，并经过分光器、第一偏振控制器、光环形器后输入至单模保偏光纤，由小及大按照步进0.1dB增加窄线宽半导体激光器输出的光载波信号功率，使得泵浦光信号在单模保偏光纤中激发受激布里渊散射效应，监测单模保偏光纤的端口a处光载波信号11GHz频偏处的反向斯托克斯光分量功率，增大光载波信号功率直至监测到的反向斯托克斯光分量功率不再线性增加，此时受激布里渊散射达到饱和。