利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置.pdf

1、10申请公布号CN104103997A43申请公布日20141015CN104103997A21申请号201410351495222申请日20140723H01S1/0220060171申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号72发明人刘圣广朱鹏飞傅费超向导74专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人张宁展54发明名称利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置57摘要一种利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，包括锁模高重频脉冲激光器，光电二极管、窄带滤波器、低噪高增益放大器和饱和放大器；所述的锁模高重频脉冲激光器的输出光射向所述的光电二极管，所述的光电

2、二极管、窄带滤波器、低噪高增益放大器和饱和放大器经同轴微波线依次连接。本发明不但是一种新颖、可靠的光生微波源的技术，而且能够解决激光与微波的时间同步和微波远距离稳定传输问题。结构更加简单，微波稳定性好、实用性强。51INTCL权利要求书1页说明书2页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图1页10申请公布号CN104103997ACN104103997A1/1页21一种利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，其特征在于，包括锁模高重频脉冲激光器1，光电二极管2、窄带滤波器3、低噪高增益放大器4和饱和放大器5；所述的锁模高重频脉冲激光器1的输出光

3、射向所述的光电二极管2，所述的光电二极管2、窄带滤波器3、低噪高增益放大器4和饱和放大器5经同轴微波线依次连接。2根据权利要求1所述的利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，其特征在于，在所述的锁模高重频脉冲激光器1和光电二极管2之间还设置有分光镜6。权利要求书CN104103997A1/2页3利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置技术领域0001本发明属于光电子学领域，是利用激光器输出的超短激光脉冲直接产生低相位噪声的微波信号源。它不但是一种直接产生微波信号的方法，而且可以解决光电子应用领域中激光与微波的时间同步问题和微波远距离传输问题。背景技术0002在很多应用中，需要激光脉冲

4、与微波信号有良好的时间同步关系。比如，由激光驱动的光阴极微波电子源；泵浦探测和自由电子激光等。激光与微波的同步，是通过锁相环技术实现。上述方法同步后二者之间的时间抖动，不但决定于锁相环路的灵敏度，同时也有赖于激光与微波的稳定性。目前，二者间同步后的时间抖动尚不能满足某些尖端应用的要求。0003传统的高频微波信号源，是将晶振源产生的低频微波信号通过复杂的电子电路逐级倍频、放大得到电生微波技术。微波信号的远距离传输，一般是通过同轴电缆传输，或在空气中传输。损耗大、环境影响大，难以控制和反馈。因此，电生微波技术，遇到越来越多难以克服的技术困难。0004近年来随着激光技术的发展和进步，有人提出了光生微

5、波技术。根据具体的技术细节，光生微波技术有三种实现途径第一种通过两个独立单频激光器产生的两束激光进行拍频，微波信号的频率是这两束激光频率之差。两个激光光源的相位必须锁定，需要注入锁定技术或锁相环技术，也需要一个高稳定微波参考信号源；第二种光生微波技术，将一束激光通过外部调制产生边带，利用边带的差频效应得到高频微波，该技术不需要锁相环，但也需要一个高稳定微波参考信号源；第三种光生微波技术，通过使用一个谐振腔激光器输出单纵模双波长，对此双波长输出直接进行拍频，可得到光生微波信号。0005上述三种光生微波方法，实质上都是利用两个波长、相位差锁定的激光拍频得到。本专利申请提出了一种不同的光生微波方法，

6、利用锁模、高重频激光脉冲的高次谐波直接滤波、放大，产生微波信号。方法更加简单、稳定性和实用性更强。因为微波是由激光直接转换所得，微波与激光有天然的时间同步关系，可以彻底解决尖端应用中的微波与激光的时间抖动问题。微波的远距离传输，可以转换为激光的远距离传输，在远端微波应用现场，利用本申请的装置，将激光转换为微波，解决了微波的远距离传输问题。发明内容0006本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，利用锁模、高重频脉冲激光，滤出高次谐波、放大产生微波。0007本发明的解决方案如下0008一种利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，其特点在

7、于，包括锁模高重频脉冲激光器，光电二极管、窄带滤波器、低噪高增益放大器和饱和放大器；0009所述的锁模高重频脉冲激光器的输出光射向所述的光电二极管，所述的光电二极管、窄带滤波器、低噪高增益放大器和饱和放大器经同轴微波线依次连接。说明书CN104103997A2/2页40010在所述的锁模高重频脉冲激光器和光电二极管之间还设置有分光镜。0011本发明工作过程如下0012锁模高重复频率激光脉冲通过快速光电二极管转变为电信号，窄带滤波器从电信号中滤出需要的某一级高次谐波，通过低噪声高增益放大器和饱和放大器两级放大，得到低相噪、幅度稳定的高频微波信号。0013本发明原理如下0014锁模高重频脉冲激光器

8、输出的超短激光脉冲重复频率为F1，照射快速光电二极管，使光信号变为频率为F1的电信号。锁模激光脉冲很短，可以达到飞秒量级。快速光电二极管相应时间短，在时间域，由光信号转变得到的电信号也是频率为F1的超短电脉冲信号。在频率域，频率为F1的超短电脉冲信号包含有多级高次谐波NF1N1,2,3。理论上，N可以无穷大。但是，考虑到电信号的实际宽度和高次谐波的幅度，N可以取值到近100。选定窄带滤波器的中心频率到需要的N0F1N0100，窄带滤波器过滤掉其他谐波成分，仅仅通过需要的N0F1成分。N0F1谐波成分经过低噪高增益放大器功率放大后，再经过饱和放大器进一步饱和放大，提高微波的幅度稳定性。0015与

9、现有技术相比，本发明的有益效果如下0016与传统的电生微波技术相比，产生的微波与激光有天然的时间同步关系，可以解决微波与激光的时间抖动和微波的远距离稳定传输问题；与其他光生微波技术相比，结构更加简单，微波稳定性好、实用性强。附图说明0017图1是本发明利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置。0018图2是示波器采集的激光脉冲经过光电二极管后得到的电信号实验结果。0019图3是激光与微波同步示意图。具体实施方式0020下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。0021请先参阅图1，图1是本发明利用锁模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，如图所示，一种利用锁

10、模激光高重复频率脉冲产生微波信号的装置，包括锁模高重频脉冲激光器1，光电二极管2、窄带滤波器3、低噪高增益放大器4和饱和放大器5；所述的锁模高重频脉冲激光器1的输出光射向所述的光电二极管2，所述的光电二极管2、窄带滤波器3、低噪高增益放大器4和饱和放大器5经同轴微波线依次连接。0022在所述的锁模高重频脉冲激光器1和光电二极管2之间还设置有分光镜6，如图3所示，微波源自激光振荡器，激光与微波有天然的同步关系，二者间不再有时间抖动问题。0023本实施例中商用美国相干公司的锁模激光振荡器的脉冲重复频率为816MHZ，脉冲宽度37飞秒；经过10G的光电二极管变为电信号见图2，电信号通过中心频率为2856MHZ的窄带滤波器检出电信号中的35次谐波；首先经低噪、高增益放大器将谐波放大；再经过饱和放大器可以将功率放大到10DBM左右，达到一般微波源的功率水平。说明书CN104103997A1/1页5图1图2图3说明书附图CN104103997A