[发明专利]一种平衡光学微波再生系统

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，尤其涉及了一种平衡光学微波再生系统。

背景技术

同步系统通过锁定自由电子激光装置各个环节与参考信号的相位，保证束流动力学品质和激光束、电子束到达时间的稳定性，以满足自由电子激光产生的物理要求，是保证自由电子激光装置束流品质和实验成败的关键部分之一。因此，对于规模为数百米甚至数千米的自由电子激光装置来说，激光与微波高精度和高稳定度的同步尤为重要。

激光与微波的同步一般是通过从激光脉冲信号中提取微波信号来实现的。目前，常用的激光与微波同步方法有直接同步法、射频鉴相法以及平衡光学微波鉴相法这三种。

直接同步法利用光电探测器将激光脉冲信号转换成电信号，然后直接用滤波器获取激光脉冲信号的高次谐波频率，以产生微波频率。然而受限于光电探测器的带宽以及幅相转换和非线性效应，会造成高次谐波频率的不稳定性，这种方法仅能应用在要求不是很严格的场合。

射频锁相法使用锁相环技术，利用鉴相之后的相差电平通过反馈回路去控制压电振荡器，使得压电振荡器的输出与主振荡器激光脉冲信号频率锁相。射频鉴相法由于其稳频回路中光电探测器和微波混频器会引入较大的噪声，虽然相比直接同步法，其同步精度会高很多，但是其同步精度只能达到200飞秒左右。

平衡光学微波鉴相法采用萨格奈光纤环和同步探测方法在光域里进行精确的相位检测，能克服直接同步法和射频鉴相法由光电探测器引起的幅度-相位噪声，从而减小输出微波信号的时间抖动性，其同步精度可以达到几飞秒量级。然而，现有平衡微波鉴相法采用基于2×2光纤耦合器的锁相环技术，由于2×2光纤耦合器在萨格奈光纤环中输入路径和输出路径一样，存在固有的非互易性，且这种锁相环需要使用相移π/2的偏置光路，因此结构复杂，且会引入额外的噪声。

发明内容

针对现有平衡光学微波鉴相方法的不足，本发明的目的在于提供一种紧凑型的、超稳定度的、超高精度的平衡光学微波再生系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平衡光学微波再生系统，包括依次连接至一提供激光脉冲信号的外围信号源的一鉴相模块和一射频处理模块，其中：

所述鉴相模块包括依次连接的一光隔离器、一萨格奈克光纤环和一平衡探测器，所述萨格奈克光纤环包括一3×3光纤耦合器和一相位调制器，其中，

所述3×3光纤耦合器的第一输入端与所述光隔离器连接，以使所述激光脉冲信号经过所述光隔离器进入所述3×3光纤耦合器，并在所述3×3光纤耦合器中分成三路脉冲出射激光束；

所述3×3光纤耦合器的第二输出端与所述相位调制器的第一光接口连接，其第三输出端与所述相位调制器的第二光接口连接，以使其中两路所述脉冲出射激光束分别自所述3×3光纤耦合器的所述第二输出端和所述第三输出端进入所述相位调制器后，再自所述相位调制器分别传输至所述3×3光纤耦合器的所述第三输出端和所述第二输出端，并在所述3×3光纤耦合器中发生干涉以形成干涉光；

所述3×3光纤耦合器的第二输入端与所述平衡探测器的第一输入口连接，其第三输入端与所述平衡探测器的第二输入口连接，以使所述干涉光分别通过所述3×3光纤耦合器的第二输入端和第三输入端进入所述平衡探测器，并经所述平衡探测器光电转换成一射频信号后输出至所述射频处理模块，以通过所述射频处理模块产生一高频微波信号。

优选地，所述射频处理模块包括依次连接至所述平衡探测器的一信号处理电路、一高频振荡器和一放大电路，所述放大电路输出所述高频微波信号并反馈连接至所述相位调制器的射频输入接口。

进一步地，所述鉴相模块还包括一连接在所述光隔离器和所述3×3光纤耦合器的第一输入端之间的光纤环形器。

进一步地，所述3×3光纤耦合器的所述第二输入端通过一光纤适配器连接至所述平衡探测器的第一光输入端口，所述第三输入端通过另一光纤适配器连接至所述平衡探测器的第二光输入端口。

优选地，所述高频振荡器为压控振荡器或介质振荡器。

优选地，所述信号处理电路为二阶有源滤波电路或者由反相加法电路、反相比例电路和二阶无源滤波电路组成的电路。