[發明專利]基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統及方法

有效

• 申請號: 201910217259.4
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109818235B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 李明;王光強;郝騰飛;祝寧華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李佳

1.一種基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，包括：激光器(1)、強度調制器(2)、電調延時光纖(3)、摻鉺光纖放大器(4)、光電探測器(5)、電放大器(6)、功分器(7)以及耦合器(8)；

所述激光器(1)與所述強度調制器(2)連接，所述強度調制器(2)、摻鉺光纖放大器(4)、光電探測器(5)、電放大器(6)、功分器(7)以及耦合器(8)依次首尾連接形成環路，所述電調延時光纖(3)與所述強度調制器(2)及所述摻鉺光纖放大器(4)連接。

2.根據權利要求1所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述強度調制器(2)用于調制所述激光器(1)發出的光信號；所述摻鉺光纖放大器(4)用于對所述電調延時光纖(3)傳送的光信號進行放大；所述光電探測器(5)用于將所述摻鉺光纖放大器(4)傳送的光信號轉換為電信號；所述電放大器(6)用于將所述光電探測器(5)傳送的電信號進行放大；所述功分器(7)用于將光電放大器(6)傳送的電信號分為兩部分，一部分用于輸出，一部分通過耦合器與接收到的待測弱信號耦合后用于反饋至強度調制器(2)。

3.根據權利要求1所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述激光器(1)與所述強度調制器(2)之間以及所述摻鉺光纖放大器(4)與所述光電探測器(5)之間均通過光纖連接；所述光電探測器(5)、電放大器(6)、功分器(7)、耦合器(8)以及強度調制器(2)之間通過電纜連接。

4.根據權利要求1所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述電調延時光纖(3)為具有光學非線性的微波儲能元件，其接入線路中的長度為可連續調節的，長度為數厘米至數十千米；所述電調延時光纖(3)用于穩定輸出。

5.根據權利要求1所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述多模光電振蕩器的自由光譜范圍由所述環路的長度以及光纖折射率決定，具體公式為：

其中，n是光纖折射率，c是真空中的光速，L是所述環路的長度。

6.根據權利要求5所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述環路的長度L決定于所述電調延時光纖(3)的長度，因此所述電調延時光纖(3)的長度與待測弱信號的頻率之間的映射關系為：

其中，f為所述待測弱信號的頻率，L₁為第一次多模光電振蕩器的起振頻率與所述待測弱信號的頻率相匹配時，所述電調延時光纖(3)的長度；L₂為第二次多模光電振蕩器的起振頻率與所述待測弱信號的頻率相匹配時，所述電調延時光纖(3)的長度。

7.根據權利要求4所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述電調延時光纖(3)的長度變化周期與信號在所述環路中傳輸一周的延時相匹配，滿足傅里葉域鎖模條件：

nT＝Tr；

其中，n取正整數，T是電調延時光纖長度的變化周期，Tr是信號在所述環路中傳輸一周的延時。

8.根據權利要求1所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統，其特征在于，所述環路的色散為零，以使不同頻率的信號在所述環路中具有相同的延時。

9.一種采用權利要求1至8中任一項所述的基于多模光電振蕩器的弱信號探測放大系統的弱信號探測放大方法，其特征在于，所述方法包括：

激光器(1)發出光信號并傳輸至強度調制器(2)；

所述強度調制器(2)對所述光信號進行強度調制，并經過電調延時光纖(3)傳送給摻鉺光纖放大器(4)；

所述摻鉺光纖放大器(4)將所述經過強度調制的光信號進行放大，并傳輸至光電探測器(5)；

所述光電探測器(5)將所述放大后的光信號轉換為電信號，并傳輸至電放大器(6)對所述電信號進行放大；

調節所述摻鉺光纖放大器(4)或者電放大器(6)對所述環路提供的增益，使所述弱信號探測放大系統處于預設閾值狀態；

經過所述電放大器(6)放大后的電信號傳輸至功分器(7)分為兩部分，一部分用于輸出，一部分傳輸至耦合器(8)與接收到的待測弱信號耦合后反饋回強度調制器(2)；

調節所述電調延時光纖(3)的長度，當所述待測弱信號的頻率與所述多模光電振蕩器的起振頻率相匹配時，記錄所述電調延時光纖(3)的長度；

根據記錄的所述電調延時光纖(3)的長度，得到所述待測弱信號的頻率。