布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法及系统

摘要

本发明涉及布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法及系统，包括：第二偏振控制器将第二可调激光源输出的光信号调制为线偏振光后输出至光环形器；第一偏振控制器将第一可调激光源输出的光信号调制为线偏振光后输出至相位调制器，然后经光隔离器输送至受激布里渊散射效应结构；调节两个可调激光源的频率使第一可调激光源的透射光和受激布里渊散射效应结构生成的斯托克斯光保持一个频率差；调节第一偏振控制器和第二偏振控制器，选择模式实现PT对称，再调节第三偏振控制器，使输出的信号形成稳定单模信号；随后单模信号由光电探测器拍频送入所述相位调制器形成闭合振荡环路。本发明由于单环特性，减少了空间冗余，使系统具有更高的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子信号产生技术领域，尤其涉及一种布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法及系统。

背景技术

光电振荡器(OEO)是一种同时在光域和射频域工作的振荡器，环路中引入的长距离低损耗的光纤赋予了振荡器高质量因子(High-Q factor)，使得OEO可以产生频率高、相位噪声低、频谱纯度高、稳定性高的微波信号，并被广泛应用于雷达、传感、信号处理和通信系统等。但要产生高频低相噪的单模信号，传统的光电振荡器中往往需要超窄带高Q值的滤波器，大大提升了成本。

近年来，宇称-时间对称光电振荡器(PT-symmetric OEO)的出现使单模信号产生成为可能，而无需窄带滤波器。最初的宇称-时间对称光电振荡器的基本原理是通过调节光载波的偏振，用偏振分束器将光载波分成两个环路，形成两个波长空间谐振器(WSR)，一个WSR具有双向增益，一个WSR具有双向损耗。通过调节两束光的偏振，使增益等于损耗，从而实现PT对称，再通过调节偏振分束器前的偏振控制器，使某一特定模式的增益和损耗大于两束光的耦合比，破坏PT对称条件，产生一对共轭放大衰减模，此时该特定模式获得比剩余模式更多的增益，并在谐振器形成稳定振荡。

2020年宇称-时间对称可在单一环路中被实现，其原理是利用同一波长非空间参数空间中的波长空间宇称时间对称系统，两束波长间距固定的光载波同时被调制并在同一环路中振荡，使通带内的特征模之间可实现宇称-时间对称。相比于最初的双环路宇称-时间对称光电振荡器，减少了空间冗余，拥有更高的工作稳定性。受激布里渊散射是光纤中主要的非线性效应之一，是光在不均匀介质中传播时发生的一种散射现象。当两束频率差在布里渊散射谱范围内的光相向传输时，由于光波和声波间的相互作用，频率高的泵浦光会后向散射出向下频移的斯托克斯光波。

此发明运用受激布里渊效应实现宇称-时间对称，产生了稳定的单模信号，相比于其他宇称时间对称方案，该方案由于单环特性，减少了空间冗余，在温度和机械振动的环境下能比双环宇称时间对称光电振荡器具有更高的稳定性，但受色散和偏振的影响较大。

发明内容

为此，本发明提供一种布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法及系统，用以克服现有技术中产生信号稳定性不足的问题。

一方面，本发明提供一种布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法，包括：

步骤S1，使用高非线性光纤、光环形器和第二可调激光源组成受激布里渊散射效应结构，第二偏振控制器接收第二可调激光源输出的连续光信号、将光信号调制为线偏振光并将调制后的光信号输出至光环形器；

步骤S2，第一偏振控制器接收第一可调激光源输出的连续光信号并把光信号调制为线偏振光并将调制后的光信号输出至相位调制器处进行信号的相位调制，相位调制后的光信号经过光隔离器后输送至所述受激布里渊散射效应结构；

步骤S3，调节所述第一可调激光源和所述第二可调激光源的频率，使第一可调激光源的透射光和所述受激布里渊散射效应结构生成的斯托克斯光的频率差维持在预设区间；

步骤S4，调节所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器，选择模式以实现PT对称，调节第三偏振控制器以使某一特定模式的增益和损耗大于两束光的耦合比、打破PT对称、产生一对共轭放大衰减模以形成稳定单模信号；

步骤S5，将单模信号输送至光电探测器，由光电探测器拍频，拍频后单模信号依次经过电放大器、带通滤波器和电耦合器后进入所述相位调制器以形成闭合振荡环路。

进一步地，所述光环形器通过第一端口接收所述第二可调激光源输出的光信号、通过第二端口接收所述第一可调激光源输出的光信号并通过第三端口将信号输出至第三偏振控制器。

进一步地，在所述步骤S3中，通过调节所述第一可调激光源和所述第二可调激光源的频率，使第一激光源的透射光和所述受激布里渊散射效应结构生成的斯托克斯光保持一个频率差并使频率差满足宇称-时间对称条件的波长间距，设定频率差Δλ＝n/(f*d)，其中n为正整数，f为带通滤波器中心频率，d为高非线性光纤的色散系数。

进一步地，所述光电探测器将接收到的光信号转化成电信号。

进一步地，所述电放大器在运行过程中对所述光电探测器转化的电信号提供增益以补偿电信号在环路中的损耗。

进一步地，所述带通滤波器在接收所述电放大器输出的电信号时对电放大器输出的电信号进行频段信号选择。

进一步地，在所述步骤S5中，当所述带通滤波器通过所述电耦合器将电信号输送至所述相位调制器时，电耦合器分出一部分信号输出至频谱仪以显示电信号的频谱。

另一方面，本发明还提供一种基于布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法的系统，包括：

第一可调激光源和第二可调激光源，用以输出连续光信号；

第一偏振控制器和第二偏振控制器，其中，第一偏振控制器与所述第一可调激光源相连，第二偏振控制器与所述第二可调激光源相连，用以将可调激光源输出的连续光信号调制为线偏振光；

相位调制器，其与所述第一偏振控制器相连，用以接收第一偏振控制器输出的光信号并对光信号进行相位调制；

光隔离器，其与所述相位调制器相连，用以防止泵浦光通到相位调制器损坏器件；

高非线性光纤，其与所述光隔离器相连，用以作为受激布里渊散射的介质和延迟线单元；

光环形器，其分别与所述高非线性光纤、所述第二偏振控制器和第三偏振控制器相连，所述第三偏振控制器与所述第一偏振控制器和第二偏振控制器协调工作以形成稳定单模信号；

光电探测器，其与所述第三偏振控制器相连，用以将光信号转化为电信号；

电放大器，其与所述光电探测器相连，用以对光电探测器转化的电信号提供增益；

带通滤波器，其与所述电放大器相连，用以对电放大器输出的电信号进行频段信号选择；

电耦合器，其与所述带通滤波器相连，用以把电信号分别输送至所述相位调制器和频谱仪，所述频谱仪用以显示电信号的频谱。

进一步地，所述高非线性光纤、所述光环形器和所述第二可调激光源组成受激布里渊散射效应的结构。

进一步地，所述电耦合器的耦合端与所述频谱仪相连，电耦合器的直通端与所述相位调制器相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明由于单环特性，减少了空间冗余，在温度和机械振动的环境下能比双环宇称时间对称光电振荡器具有更高的稳定性。

进一步地，本发明利用同一波长非空间参数空间中的波长空间宇称时间对称系统，两束波长间距固定的光载波同时被调制并在同一环路中振荡，使通带内的特征模之间可实现宇称-时间对称，相比于最初的双环路宇称-时间对称光电振荡器，减少了空间冗余，拥有更高的工作稳定性。

进一步地，本发明通过调节两束光的偏振，使增益等于损耗，从而实现PT对称，再通过调节偏振分束器前的偏振控制器，使某一特定模式的增益和损耗大于两束光的耦合比，破坏PT对称条件，产生一对共轭放大衰减模，此时该特定模式获得比剩余模式更多的增益，并在谐振器形成稳定振荡。

进一步地，本发明通过所述高非线性光纤连接，用以接收由光隔离器发送的光信号，其不仅具有很高的非线性系数,同时还具有很小的群速度色散、较低的损耗、较低的色散斜率且与普通多模光纤熔接具有较小的附件损耗，进一步提高了高非线性光纤的传输效率。

附图说明

图1为本发明所述布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法的流程图；

图2为本发明所述基于布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法的系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明所述布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法的流程图，包括：

步骤S1，使用高非线性光纤、光环形器和第二可调激光源组成受激布里渊散射效应结构，第二偏振控制器接收第二可调激光源输出的连续光信号、将光信号调制为线偏振光并将调制后的光信号输出至光环形器；

步骤S2，第一偏振控制器接收第一可调激光源输出的连续光信号并把光信号调制为线偏振光并将调制后的光信号输出至相位调制器处进行信号的相位调制，相位调制后的光信号经过光隔离器后输送至所述受激布里渊散射效应结构；

步骤S3，调节所述第一可调激光源和所述第二可调激光源的频率，使第一可调激光源的透射光和所述受激布里渊散射效应结构生成的斯托克斯光的频率差维持在预设区间；

步骤S4，调节所述第一偏振控制器和所述第二偏振控制器，选择模式以实现PT对称，调节第三偏振控制器以使某一特定模式的增益和损耗大于两束光的耦合比、打破PT对称、产生一对共轭放大衰减模以形成稳定单模信号；

步骤S5，将单模信号输送至光电探测器，由光电探测器拍频，拍频后单模信号依次经过电放大器、带通滤波器和电耦合器后进入所述相位调制器以形成闭合振荡环路。

具体而言，所述光环形器通过第一端口接收所述第二可调激光源输出的光信号、通过第二端口接收所述第一可调激光源输出的光信号并通过第三端口将信号输出至第三偏振控制器。

具体而言，在所述步骤S3中，通过调节所述第一可调激光源和所述第二可调激光源的频率，使第一激光源的透射光和所述受激布里渊散射效应结构生成的斯托克斯光保持一个频率差并使频率差满足宇称-时间对称条件的波长间距，设定频率差Δλ＝n/(f*d)，其中n为正整数，f为带通滤波器中心频率，d为高非线性光纤的色散系数。

具体而言，所述光电探测器将接收到的光信号转化成电信号。

具体而言，所述电放大器在运行过程中对所述光电探测器转化的电信号提供增益以补偿电信号在环路中的损耗。

具体而言，所述带通滤波器在接收所述电放大器输出的电信号时对电放大器输出的电信号进行频段信号选择。

具体而言，在所述步骤S5中，当所述带通滤波器通过所述电耦合器将电信号输送至所述相位调制器时，电耦合器分出一部分信号输出至频谱仪以显示电信号的频谱。

请参阅图2所示，其为本发明所述基于布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法的系统的结构框图，包括：

第一可调激光源和第二可调激光源，用以输出连续光信号；

第一偏振控制器和第二偏振控制器，其中，第一偏振控制器与所述第一可调激光源相连，第二偏振控制器与所述第二可调激光源相连，用以将可调激光源输出的连续光信号调制为线偏振光；

相位调制器，其与所述第一偏振控制器相连，用以接收第一偏振控制器输出的光信号并对光信号进行相位调制；

光隔离器，其与所述相位调制器相连，用以防止泵浦光通到相位调制器损坏器件；

高非线性光纤，其与所述光隔离器相连，用以作为受激布里渊散射的介质和延迟线单元；

光环形器，其分别与所述高非线性光纤、所述第二偏振控制器和第三偏振控制器相连，所述第三偏振控制器与所述第一偏振控制器和第二偏振控制器协调工作以形成稳定单模信号；

光电探测器，其与所述第三偏振控制器相连，用以将光信号转化为电信号；

电放大器，其与所述光电探测器相连，用以对光电探测器转化的电信号提供增益；

带通滤波器，其与所述电放大器相连，用以对电放大器输出的电信号进行频段信号选择；

电耦合器，其与所述带通滤波器相连，用以把电信号分别输送至所述相位调制器和频谱仪，所述频谱仪用以显示电信号的频谱。

具体而言，所述高非线性光纤、所述光环形器和所述第二可调激光源组成受激布里渊散射效应的结构。

具体而言，所述电耦合器的耦合端与所述频谱仪相连，电耦合器的直通端与所述相位调制器相连。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。