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自由光谱范围可调的多模光电 振荡器及多模 信号产生方法

阅读：339发布：2020-05-12

专利汇可以提供自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法，属于微波光子学技术领域。该多模光电振荡器包括：激光器、强度调制器、电调延时光纤、掺铒光纤放大器、光电探测器、电放大器以及功分器；所述激光器与所述强度调制器连接，所述强度调制器、掺铒光纤放大器、光电探测器、电放大器以及功分器依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤用于连接所述强度调制器与所述掺铒光纤放大器。本发明可以使产生的多模信号的自由光谱范围周期性变化，并且是多模信号的自由光谱范围可快速连续调节。，下面是自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，包括：激光器(1)、强度调制器(2)、电调延时光纤(3)、掺铒光纤放大器(4)、光电探测器(5)、电放大器(6)以及功分器(7)；
所述激光器(1)与所述强度调制器(2)连接，所述强度调制器(2)、掺铒光纤放大器(4)、光电探测器(5)、电放大器(6)以及功分器(7)依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤(3)连接所述强度调制器(2)与所述掺铒光纤放大器(4)。
2.根据权利要求1所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述激光器(1)与所述强度调制器(2)之间以及所述掺铒光纤放大器(4)与所述光电探测器(5)之间均通过光纤连接。
3.根据权利要求1所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述光电探测器(5)、电放大器(6)、功分器(7)以及强度调制器(2)之间通过电缆连接。
4.根据权利要求1所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述电调延时光纤(3)为具有光学非线性的高Q值微波储能元件，其接入线路中的长度可连续调节，长度为数厘米至数十千米；所述电调延时光纤(3)用于稳定输出，产生高灵敏度的周期波形。
5.根据权利要求4所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述电调延时光纤(3)的长度变化周期与信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件：
nT＝Tr
其中，n是正整数，T是电调延时光纤长度的变化周期，Tr是信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时。
6.根据权利要求1所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述多模光电振荡器的自由光谱范围由所述多模光电振荡器环路的长度以及光纤折射率决定，具体公式为：
其中，n是光纤折射率，c是真空中的光速，L是多模光电振荡器环路的长度。
7.根据权利要求6所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，在所述光纤折射率n不变时，通过调节所述电调延时光纤(3)的长度，改变所述多模光电振荡器环路的长度L，实现调节所述多模光电振荡器产生的多模信号的自由光谱范围。
8.根据权利要求1所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述多模光电振荡器环路的色散为零，以使不同频率的信号在所述环路中具有相同的延时。
9.根据权利要求8所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，其特征在于，所述强度调制器(2)用于调制所述激光器(1)发出的光信号；所述掺铒光纤放大器(4)用于对所述电调延时光纤(3)传送的光信号进行放大；所述光电探测器(5)用于将所述掺铒光纤放大器(4)传送的光信号转换为电信号；所述电放大器(6)用于将所述光电探测器(5)传送的电信号进行放大；所述功分器(7)用于将光电放大器(6)传送的电信号分为两部分，一部分用于输出，一部分用于反馈至强度调制器(2)。
10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的自由光谱范围可调的多模光电振荡器多模信号产生方法，其特征在于，所述方法包括：
激光器(1)发出光信号并传输至强度调制器(2)；
所述强度调制器(2)对所述光信号进行强度调制后，经过电调延时光纤(3)传送给掺铒光纤放大器(4)；
所述掺铒光纤放大器(4)将所述经过强度调制的光信号进行放大后，传输至光电探测器(5)；
所述光电探测器(5)将所述放大后的光信号转换为电信号，传输至电放大器(6)；
所述电放大器(6)将所述电信号放大，经功分器(7)输出，并反馈回强度调制器(2)的射频端口形成环路；
当所述激光器(1)发出的光信号在所述环路中产生的增益高于在所述环路产生的损耗时，所述多模光电振荡器处于起振状态，产生多模信号；
调节所述电调延时光纤(3)的长度以调节所述多模信号的自由光谱范围。

说明书全文

自由光谱范围可调的多模光电 振荡器及多模 信号产生方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法。

背景技术

[0002] 光电振荡器作为一种新型的微波信号发生器，能够产生微波频率高，Q值高的低相噪高品质的信号并且具有可调谐性以及光电两种输出，是一种理想型的微波信号发生器。随着技术的发展，光电振荡器也衍生出了一些新的应用，比如运用多模光电振荡器进行信道化以及弱信号的探测等。2009年，V.J.Urick等人在自己的研究中提出了一种多模光电振荡器的结构，提出了将多模光电振荡器用于射频信号的信道化，可用于光信号处理技术。
2010年，Preetpaul S.Devgan,等人提出了用多模光电振荡器实现弱信号的探测与选择性地放大。由此可见，多模光电振荡器正逐渐走入人们的视野中引起人们的注意。然而现有的多模光电振荡器所产生的多模信号的自由光谱范围基本都是固定的不变的，已经不能够满足现实应用的需求。

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题

[0004] 本发明提供了一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

[0005] (二)技术方案

[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器，包括：

[0007] 激光器1、强度调制器2、电调延时光纤3、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6以及功分器7；

[0008] 所述激光器1与所述强度调制器2连接，所述强度调制器2、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6以及功分器7依次首尾连接形成环路，所述电调延时光纤3连接所述强度调制器2与所述掺铒光纤放大器4。

[0009] 在一些实施例中，所述激光器1与所述强度调制器2之间以及所述掺铒光纤放大器4与所述光电探测器5之间均通过光纤连接。

[0010] 在一些实施例中，所述光电探测器5、电放大器6、功分器7以及强度调制器2之间通过电缆连接。

[0011] 在一些实施例中，所述电调延时光纤3为具有光学非线性的高Q值微波储能元件，其接入线路中的长度可连续调节，长度为数厘米至数十千米；所述电调延时光纤3用于稳定输出，产生高灵敏度的周期波形。

[0012] 在一些实施例中，所述电调延时光纤3的变化周期与信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件：

[0013] nT＝Tr

[0014] 其中，n是正整数，T是电调延时光纤长度的变化周期，Tr是信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时。

[0015] 在一些实施例中，所述多模光电振荡器的自由光谱范围由所述多模光电振荡器环路的长度以及光纤折射率决定，具体公式为：

[0016]

[0017] 其中，n是光纤折射率，c是真空中的光速，L是多模光电振荡器环路的长度。

[0018] 在一些实施例中，在所述光纤折射率n不变时，通过调节所述电调延时电路3的长度，改变所述多模光电振荡器环路的长度L，实现所述多模光电振荡器自由光谱范围可调。

[0019] 在一些实施例中，所述多模光电振荡器环路的色散为零，以使不同频率的信号在所述环路中具有相同的延时。

[0020] 在一些实施例中，所述强度调制器2用于调制所述激光器1发出的光信号；所述掺铒光纤放大器4用于对所述电调延时光纤3传送的光信号进行放大；所述光电探测器5用于将所述掺铒光纤放大器4传送的光信号转换为电信号；所述电放大器6用于将所述光电探测器5传送的电信号进行放大；所述功分器7用于将光电放大器6传送的电信号分为两部分，一部分用于输出，一部分用于反馈至强度调制器2。

[0021] 根据本发明的另一个方面，提供了一种采用上述实施例所提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器产生多模信号的方法，所述方法包括：

[0022] 激光器1发出光信号并传输至强度调制器2；

[0023] 所述强度调制器2对所述光信号进行强度调制后，经过电调延时光纤3传送给掺铒光纤放大器4；

[0024] 所述掺铒光纤放大器4将所述经过强度调制的光信号进行放大后，传输至光电探测器5；

[0025] 所述光电探测器5将所述放大后的光信号转换为电信号，传输至电放大器6；

[0026] 所述电放大器6将所述电信号放大，经功分器7输出，并反馈回强度调制器2的射频端口形成环路；

[0027] 当所述激光器1发出的光信号在所述环路中产生的增益高于在所述环路产生的损耗时，所述多模光电振荡器处于起振状态，产生多模信号；

[0028] 调节所述电调延时光纤3的长度以调节所述多模信号的自由光谱范围。

[0029] (三)有益效果

[0030] 从上述技术方案可以看出，本发明提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

[0031] (1)本发明提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法，在多模光电振荡器的典型结构的基础上，引入了傅里叶域锁模技术，通过控制电调延时光纤的长度变化周期与信号在光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件，实现多模光电振荡器的输出的多模信号的自由光谱范围周期性变化；

[0032] (2)本发明提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器及多模信号产生方法，可以通过调节电调延时光纤的长度，改变多模光电振荡器环路的长度，得到自由光谱范围可以任意连续调节的多模信号。附图说明

[0033] 图1为本发明实施例提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器的结构示意图；

[0034] 图2为本发明实施例提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器的多模信号产生方法的流程图。

[0035] 上述附图中，附图标记含义具体如下：

[0036] 1-激光器；2-强度调制器；3-电调延时光纤；4-掺铒光纤放大器；5-光电探测器；6-电放大器；7-功分器。

具体实施方式

[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0038] 根据本发明的一个方面，提供了一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器，如图1所示，图1为本发明实施例提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器的结构示意图，该自由光谱范围可调的多模光电振荡器包括：激光器1、强度调制器2、电调延时光纤3、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6以及功分器7；其中：

[0039] 激光器1与所述强度调制器2连接，强度调制器2、掺铒光纤放大器4、光电探测器5、电放大器6以及功分器7依次首尾连接形成环路，电调延时光纤3连接强度调制器2与掺铒光纤放大器4。其中，电调延时光纤3为具有光学非线性的高Q值微波储能元件，其接入线路中的长度可连续调节，长度为数厘米至数十千米，用于稳定输出，产生高灵敏度的周期波形。

[0040] 在本实施例中，激光器1与强度调制器2之间以及掺铒光纤放大器4与光电探测器5之间均通过光纤连接；光电探测器5、电放大器6、功分器7以及强度调制器2之间通过电缆连接。

[0041] 在本实施例中，电调延时光纤3的变化周期与信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件：

[0042] nT＝Tr

[0043] 其中，n是正整数，T是电调延时光纤长度的变化周期，Tr是信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时。

[0044] 本发明提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器在多模光电振荡器的典型结构的基础上，引入了傅里叶域锁模技术，通过使电调延时光纤的长度变化周期与信号在光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件，实现多模光电振荡器的输出的多模信号的自由光谱范围周期性变化。

[0045] 在本实施例中，多模光电振荡器的自由光谱范围由多模光电振荡器环路的长度以及光纤折射率决定，具体公式为：

[0046]

[0047] 其中，n是光纤折射率，c是真空中的光速，L是多模光电振荡器环路的长度。

[0048] 由上述可知，在光纤折射率n不变时，可以通过调节电调延时光纤3的长度来改变多模光电振荡器环路的长度L，实现快速连续调节多模光电振荡器产生的多模信号的自由光谱范围。其中，每一个长度L都会对应一个自由光谱范围，因此可以得到任意自由光谱范围的多模信号。

[0049] 在本实施例中，为了使不同频率的信号在环路中具有相同的延时，多模光电振荡器环路的色散为零。

[0050] 在本实施例中，强度调制器2用于调制激光器1发出的光信号；掺铒光纤放大器4用于对电调延时光纤3传送的光信号进行放大；光电探测器5用于将掺铒光纤放大器4传送的光信号转换为电信号；电放大器6用于将光电探测器5传送的电信号进行放大；功分器7用于将光电放大器6传送的电信号分为两部分，一部分用于输出，一部分用于反馈至强度调制器2。

[0051] 本发明提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器，通过采用掺铒光纤放大器和电放大器来使光信号在光电振荡器环路中的增益大于损耗，产生多模信号，并通过控制电调延时光纤的长度变化周期，实现多模光电振荡器的输出的多模信号的自由光谱范围周期性变化，以及通过调节电调延时光纤的长度，改变多模光电振荡器环路的长度，得到自由光谱范围可以任意连续调节的多模信号。

[0052] 根据本发明的另一个方面，提供了一种自由光谱范围可调的多模光电振荡器的多模信号产生方法，如图2所示，图2为本发明实施例提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器的多模信号产生方法，该方法包括：

[0053] 步骤S101，激光器发出光信号并传输至强度调制器。

[0054] 步骤S102，强度调制器对光信号进行强度调制后，经过电调延时光纤传送给掺铒光纤放大器。

[0055] 其中，电调延时光纤为具有光学非线性的高Q值微波储能元件，其接入线路中的长度可连续调节，长度为数厘米至数十千米，用于稳定输出，产生高灵敏度的周期波形。

[0056] 在本实施例中，电调延时光纤的长度变化周期与信号在多模光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件：

[0057] nT＝Tr

[0058] 其中，n是正整数，T是电调延时光纤长度的变化周期，Tr是信号在所述多模光电振荡器环路中传输一周的延时。

[0059] 本发明提供的自由光谱范围可调的多模光电振荡器的多模信号产生方法，通过使电调延时光纤的长度变化周期与信号在光电振荡器环路中传输一周的延时相匹配，满足傅里叶域锁模条件，实现多模光电振荡器的输出的多模信号的自由光谱范围周期性变化。

[0060] 步骤S103，掺铒光纤放大器将经过强度调制的光信号进行放大后，传输至光电探测器。

[0061] 在本实施例中，通过掺铒光纤放大器对光信号进行放大，实现对光信号的增益。

[0062] 步骤S104，光电探测器将强度调制的光信号转换为电信号，传输至电放大器。

[0063] 步骤S105，电放大器将电信号放大，经功分器输出，并反馈回强度调制器的射频端口形成环路。

[0064] 在本实施例中，还通过电放大器对电信号进行放大，实现对电信号的增益。

[0065] 步骤S106，当激光器发出的光信号在环路中产生的增益高于在环路产生的损耗时，多模光电振荡器处于起振状态，产生多模信号。

[0066] 步骤S107，调节电调延时光纤的长度以调节多模信号的自由光谱范围。

[0067] 在本实施例中，多模光电振荡器产生的多模信号的自由光谱范围与多模光电振荡器环路的长度成反比，其具体的关系如下述公式所示：

[0068]

[0069] 其中，n是光纤折射率，c是真空中的光速，L是多模光电振荡器环路的长度。而多模光电振荡器环路的长度L，取决于电调延时光纤的长度，因此，在光纤折射率不变的情况下，本发明可以通过调节电调延时光纤的长度，来改变多模光电振荡器环路的长度L，实现快速连续调节多模信号的自由光谱范围的效果，即使多模信号的自由光谱范围快速连续可调。其中，每一个长度L均对用一个自由光谱范围，因此可以得到任意自由光谱范围的多模信号。

[0070] 此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其结构进行简单地熟知地替换，如：在光路中只用光放大器或者电放大器对信号进行放大，加入偏振控制器控制系统的偏振状态等。并且，所附的附图是简化过且作为例示用。附图中所示的器件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且器件的配置可能更为复杂。

[0071] 需要说明的是，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

[0072] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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