[发明专利]基于非线性偏振旋转效应的全光微波倍频器

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于高非线性光电器件的非线性偏振旋转效应的全光微波倍频器。

背景技术

国际电信联盟已于2008年启动4G移动通信技术标准的征集工作，从而正式揭开新一代宽带无线移动通信技术标准和产业发展竞争的序幕。随着信息网络应用的普及，以及人们对互交式，多媒体信息服务需求量的增加，使得便捷，灵活的无线通信网络，成为接入网中最具发展前景的一员，但与此同时，庞大的信息量也使现用频段的负载能力面临极大的考验，为了避免低频率载波造成网络堵塞，未来无线网络势必向着更高带宽的微波/毫米波频段，和基站覆盖范围更小的微蜂窝及微微蜂窝方向发展。然而由于电子器件的电子瓶颈问题，使得在电域产生高频率微波/毫米波信号极为困难。

微波光子学这一学科概念被提出以来，这一新兴交叉学科以光域、电域技术优势互补的全新理念，使得通信、探测、传感等诸多领域的技术瓶颈长期难以突破的局面出现了转机，从而引起了学术界的高度关注。微波通信向30-300GHz高频率的发展对传统微波器件是很大的挑战，此时微波光子学中的关键技术问题之一，利用光学技术产生及处理微波信号展现出很大吸引力。

近年来，大量的关于光生微波技术被论证和报道，但各种方案基于的原理可大致分为直接调制技术，外调制技术，光电振荡环技术，光学差频技术和基于非线性光电器件(半导体光放大器或高非线性光纤)的四波混频效应的全光上变频技术等几类。相比较来看，上述技术方案存在以下几方面的问题。对于直接调制技术而言，由于半导体激光器本身的响应带宽限制(最大响应带宽＜20GHz)，高频毫米波信号无畸变的调制到光载波之上几乎无法实现。外调制技术所用的光电强度调制器或相位偏振调制器的带宽已经达到40GHz，且基于载波抑制调制的二倍频及四倍频使得毫米波带的微波信号可以实现，但在此技术方案中，外置高频微波源的应用使其无论在成本还是在系统复杂度上都不具优势，而且亚太赫兹微波信号的生成仍然难以实现。光电振荡器虽然可以生成相位噪声质量优越的微波信号，但高频信号的产生受到装置内部所必须的微波放大器的带宽限制。光学差频技术虽然可以在不应用外置微波源的情况下产生超高频的微波信号，但由于相互拍频的两光载波的相位相关性差，致使该技术产生的微波信号的相位噪声以及线宽极大。基于高非线性光电器件的四波混频效应虽然可以再光域直接完成微波信号倍频，但由于该效应的转换效率极低，致使产生的微波信号的谐波抑制差。另外，四波混频效应发生所应满足的相位匹配条件也限制了生成信号对应的光载波波长，这使得其在光载无线电与波分复用系统中的应用受到限制。

综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，摆脱对高频外置微波源的依赖，突破光载波波长限制，为噪声质量良好的更高频段的毫米波甚至太赫兹信号的生成提供可能，目前迫切需要一种全新的全光微波倍频器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于非线性偏振旋转效应的全光微波倍频器，其可解决现有光生微波及上变频方案难于摆脱对高频外置微波源的依赖，生成信号的光载波波长受限，转换效率低下，甚高频微波信号产生困难等技术问题。

本发明提供一种基于非线性偏振旋转效应的全光微波倍频器，包括：

一第一连续光半导体激光器；

一第一偏振控制器，其一端与第一连续光半导体激光器连接；

一电光强度调制器，其端口1与第一偏振控制器的另一端连接；

一微波信号源，其输出端与电光强度调制器的端口3连接；

一第二连续光半导体激光器；

一第二偏振控制器，其一端与第二连续半导体激光器连接；

一光放大器，其输入端与电光强度调制器的端口2连接；

一第三偏振控制器，其一端与光放大器的输出端连接；

一光耦合器，其端口1与第三偏振控制器的另一端连接，其端口2与第二偏振控制器的另一端连接；

一非线性光电器件，其输入端与光耦合器的端口3连接；

一带通滤波器，其输入端与非线性光电器件的输出端连接；

一偏振分束器，其端口1与带通滤波器的输出端连接；

一光环形器，其端口1与偏振分束器的端口3连接；

一光纤光栅，其一端与光环形器的端口2连接；

一第一光电探测器，其光端口1与光环形器的端口3连接，其电端口2为全光微波倍频器的二倍频微波信号输出端口；

一第二光电探测器，其光端口1与光纤光栅的另一端连接，其电端口2为全光微波倍频器的六倍频微波信号输出端口。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：