[发明专利]一种基于PS-CFBG的可调谐多倍频毫米波发生器

说明书

本发明为一种基于PS‑CFBG的可调谐多倍频毫米波发生器，包括激光器、毫米波本振源、马赫增德尔调制器、PS‑CFBG型可调滤波器、光纤放大器、光电探测器和带通滤波器；激光器的输出端与马赫增德尔调制器的光输入端连接，毫米波本振源的输出端与马赫增德尔调制器的电调制端连接，马赫增德尔调制器的光输出端与PS‑CFBG型可调滤波器的一端连接，PS‑CFBG型可调滤波器的另一端与光纤放大器的输入端连接，光纤放大器的输出端与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与带通滤波器连接。只需改变施加在啁啾光纤光栅上的两个π相移点之间的距离即可实现任意倍频因子，且倍频因子可调谐的毫米波信号的输出。

技术领域

本发明涉及一种基于PS-CFBG的可调谐多倍频毫米波发生器， 属于光纤通信、电光调制、信号处理领域。

背景技术

微波光子学是一门研究微波与光子间的相互作用及其应用的学 科。近年来，微波光子学的一项最重要应用是无线通信中利用光纤进 行微波载波信号的传输，被称为光载无线电(RoF,Radio over Fiber) 通信系统。RoF通信系统结合传统微波通信与光通信的优势，利用光 纤拉远延长了高频微波信号的空间传输距离，在此基础上可实现高达 Gbps量级的无线宽带接入，将网络通信容量提升一至两个数量级， 应用前景广阔。高质量毫米波的光子学产生方法是目前RoF领域的 研究热点之一。

使用光域方法实现微波信号生成的器件在微波光子学中被称为 微波光子发生器，它可以有效地解决电域瓶颈。如果微波光子发生器 用来产生毫米波频段的微波信号，也将其称之为毫米波发生器。基于 光学方法产生的毫米波频率可具有很高的连续调谐范围。毫米波的光 域生成技术经过十几年来的发展已经多种多样，关于毫米波发生器研 究工作已经有不少报道，围绕着毫米波生成问题，由于毫米波本身工 作频段很高(30～300GHz)，实验设备均要求工作于毫米波频段，因 此毫米波技术的研究重点在于利用相对低廉的技术成本产生较为稳 定并且频率可调谐的射频毫米波信号。通常采用的毫米波生成方法主 要包括直接调制法(内调制法)、间接调制法(外部调制法)、频率上 转换法和光外差法等。由于外部调制器灵活的调制方式和较高的调制 效率，其在RoF系统中得到了广泛的应用。

啁啾相移光纤光栅(PS-CFBG)是通过在啁啾光纤光栅(CFBG) 上引入相移使其频谱内出现一个或多个互相独立的窄带，可实现多通 道窄带滤波。PS-CFBG型可调滤波器以其特殊的传输特性、结构简 单等优点，可用于滤波、多路复用、光纤激光器的选频等。

光纤光栅上可调相移的引入一般是通过外部调制的手段实现的， 对光纤光栅折射率的影响是可逆的。从原理上讲，常用来引入可调相 移的方法主要有局部加热导致相移区的折射率变化和外部作用力导 致相移区的微小形变这两种。

当CFBG上同时引入两个相同的π相移时，PS-CFBG型可调滤 波器的频谱通带内会出现两个窄带，PS-CFBG型可调滤波器频谱通 带内两个窄带的滤波强度几乎一致。随着两个π相移之间的距离不断 变化，PS-CFBG型可调滤波器频谱通带内窄带的数目以及每个窄带 的滤波强度几乎保持不变，即窄带的数目以及每个窄带的滤波强度与 相移引入位置之间的距离无关。PS-CFBG型可调滤波器频谱通带内 的两个窄带滤波波长之间的波长间隔是随着CFBG上的两个π相移 之间的距离d的变化而变化的。PS-CFBG型可调滤波器频谱通带内两个窄带之间的波长间隔Δλ与两个相移点之间的距离d满足正比 关系，斜率为0.1714nm/cm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服目前RoF系统中毫米波信 号的生成技术复杂、成本较高，并且调谐性差这一难题，并充分利用 PS-CFBG的特性，提供一种基于PS-CFBG的可调谐多倍频毫米波发 生器，实现任意倍频且倍频因子可调谐的毫米波信号的灵活生成。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：