一种光学产生高频微波信号的方法和装置

摘要

本发明涉及一种光学产生高频微波信号的方法和装置。本发明方法在高增益保偏光纤的两端部分分别刻有波长匹配、周期相同的布拉格光纤光栅，利用高增益保偏光纤芯层沿快轴和慢轴方向折射率不同，产生偏振态正交的双波长激光，通过调节偏振控制器使其在通过起偏器后具有相同的偏振态，获得高频微波信号。实现该方法的装置包括980nm波长的激光泵浦源、980nm/1550nm光波分复用器、偏振控制器、起偏器、光电探测器、高增益保偏光纤，高增益保偏光纤两端部分分别刻有波长匹配、周期相同的布拉格光纤光栅。本发明能够产生高质量高频率的微波信号，具有结构简单、易于实现、成本低廉等优点，适合用于微波通信、ROF等领域的研究和应用。

主权项

1.一种光学产生高频微波信号的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)980nm波长的激光泵浦源输出的泵浦光经过980nm/1550nm波分复用器输入到光纤激光器的谐振腔；光纤激光器的谐振腔包括一段高增益保偏光纤，高增益保偏光纤两端部分分别刻有波长匹配、周期相同的布拉格光纤光栅，所述的高增益保偏光纤的对980nm波长激光的吸收率为55～65dB/m，靠近980nm/1550nm波分复用器的布拉格光纤光栅是反射率为50～70％的低反射率布拉格光纤光栅，长度为L₁，另一个布拉格光纤光栅是反射率大于99％的高反射率布拉格光纤光栅，长度为L₂，两个布拉格光纤光栅的间距为L₀，两个布拉格光纤光栅均呈现出相同的两个偏振态正交的反射峰，其中沿高增益保偏光纤快轴的峰值反射波长分别为λ_x，沿高增益保偏光纤慢轴的峰值反射波长分别为λ_y，λ_x＝2n_xΛ，n_x为保偏光纤的芯层沿快轴方向的折射率，λ_y＝2n_yΛ，n_y为保偏光纤的芯层沿慢轴方向的折射率，Λ为两个布拉格光纤光栅的周期；开启泵浦源，在980nm/1550nm波分复用器的信号端输出波长分别为λ_x和λ_y的偏振态正交的双波长激光，波长间隔为ΔλΔλ＝2BΛ其中B为保偏光纤芯层快轴和慢轴之间的折射率差，B＝|n_x-n_y|，输出激光的相邻两个纵模之间的间隔Δv_k为$\Delta v_k=\frac{c}{2\mathrm{nL}}$其中c为真空光速，n为谐振腔内有效折射率，L为谐振腔长度，L＝L₀+(L₁+L₂)/2；当所使用的低反射率布拉格光纤光栅在沿快轴的反射波长的带宽|λ_x|和沿慢轴的反射波长的带宽|λ_y|满足$\left|{\lambda }_x\right|<\frac{\Delta v_k{{\lambda }_x}^2}{c}=\frac{{{\lambda }_x}^2}{2n_{x}L}$$\left|{\lambda }_y\right|<\frac{\Delta v_k{{\lambda }_y}^2}{c}=\frac{{{\lambda }_y}^2}{2n_{y}L}$时，两个偏振态正交的激光输出波长都处于单纵模起振的工作状态；步骤(2)将产生的双波长激光依次通过偏振控制器和起偏器，调节偏振控制器使两个原本偏振态正交的激光波长在起偏器的输出端具有相同的偏振态，通过光探测器进行接收，获得此双波长激光拍频产生的高频微波信号，其频率为f_RF$f_{\mathrm{RF}}=\frac{\mathrm{c\Delta \lambda }}{{\lambda }^2}=\frac{2\mathrm{cB\Lambda }}{{\lambda }^2}$其中λ为双波长激光输出的平均波长，步骤(3)选用具有不同双折射的保偏光纤就可以得到不同频率的高频微波信号，对光纤激光器的谐振腔施加径向或轴向应力，即实现产生的微波信号的频率可调。