[发明专利]一种宽捕获范围频率可调谐光生毫米波信号产生装置

说明书

本发明公开了一种宽捕获范围、频率范围可调谐、低相噪、高稳定的毫米波信号产生装置，包括毫米波信号产生结构、毫米波信号调制结构、光延迟鉴相结构以及反馈控制环路。毫米波信号产生结构利用主、从激光器拍频产生毫米波信号，通过毫米波信号调制结构调制到光上，由光延迟鉴相结构进行鉴相输出误差信号，最终反馈控制环路实现系统的稳频与稳相。设定该结构中可调光纤延迟线的延时，可以获得毫米波信号的宽捕获范围，由鉴相与反馈控制电路自适应改变从激光器的温度和驱动电流实现毫米波信号频率的宽范围调谐。本发明装置可适用于为ROF链路、光纤通信、毫米波雷达等系统提供稳定的微波信号源。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种宽捕获范围频率可调谐光生毫米波信号产生装置。

背景技术

随着现代经济不断发展，通信设备的不断革新，基频可使用的频段范围越来越少，所以通信频段频率的提高成为了不可避免的趋势，其中毫米波为光通信提供了更加大范围的通信带宽(大约60GHz)。并且，毫米波以其独特的优势，在ROF链路，相控阵，5G，雷达系统中具有广泛的应用前景。与此同时，随着微波光子学的不断发展与完善，所能应用的范围越加广泛，于是光生毫米波应运而生，它克服了在电域上产生毫米波信号的困难，能产生非常高频率和高质量的毫米波信号，得益于此，毫米波信号的研究能顺利的开展与进行。

光毫米波是未来光通信系统中最为核心的部分之一，如何产生高频率、高质量的光毫米波是重中之重。其中，最主要的方法有以下几种：电光调制法、光外差法、谐波频率产生法以及其他一些新型技术。电光调制法的主要结构是将射频信号调制(强度/相位调制)到光载波上，利用调制器的非线性，产生上下边带，再经过特定光滤波器滤波和光电探测器(PD)拍频后，就能得到数倍频的光毫米波信号。但该方法需要高质量的射频信号作为支撑，并且电光调制器本身的工艺也限制了毫米波信号的频谱纯度。谐波频率产生法是指利用光学器件的高非线性现象，如高非线性光纤(HNLF)的四波混频 (FWM)现象产生的高次谐波分量，再通过光滤波器选取其中两根谱线进行拍频，从而得到相应的毫米波信号；该方案的难点在于谐波的产生与提取，对器件的要求比较高。光外差法是指利用两个频率固定的激光器发出的光信号，通过PD拍频，得到频率为两束光的频率差的毫米波信号。理论上光外差法所产生的毫米波频率可以非常高，并且仅由PD的带宽所限制，所以在Ka波段及以上频段毫米波信号的产生具有显著优势。但由于系统结构采用了两个激光光源，他们之间的非相干性会导致拍频出的毫米波信号相位噪声比较大，因此，如何提高毫米波信号的频率稳定性以及相噪特性，对于微波光子领域有着非常重要的意义。

在微波光子领域，信号的延迟测量是一种重要的测量及信息处理手段，在传统微波领域，研究者往往使用同轴电缆等器件实现射频信号的延迟，但同轴电缆线可传递的信号带宽窄、损耗大，等缺点一直困扰着研究者们。随着微波光子学的迅猛发展，光延迟技术被提出，它是将微波信号通过电光调制到光载波上，利用一定方法使光信号在传输过程中产生延时，光纤凭借其大带宽、抗电磁干扰强、损耗低等优点，成为光信号传输的主要途径。在早期光通信领域也有使用长度可调的光纤来实现光信号的延迟，但精度不高。而后，随着光延迟技术的发展，出现了基于光纤光程变化的光纤延迟结构，利用步进电机调整内部反射镜的位置，从而改变光传播的空间光程，达到调节延时的目的，这种方法精度高，一般可以达到飞秒级别并且具有很大的延迟量调节范围。光路延迟鉴相结构的实现也便得益于光延迟技术的发展，由于混频器与低通滤波器的组成的鉴相器结构，当且仅当输入两路信号同频率且正交时，输出误差信号为0，利用这一点，可以将两路射频信号相位差锁定在90°，即可以利用可调光线延迟线实现毫米波信号宽范围调谐的功能，并且相较于传统的光外差结构，在毫米波信号的锁定范围、相噪特性、频率稳定性、可调谐性等方面有较大的提升。

发明内容