1.一种极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:包括第一可调谐激光器、第二可调谐激光器、频谱分析仪和环形器,其中,第一可调谐激光器通过顺序连接的第一耦合器、第一马赫‑曾德尔调制器、光滤波器、第二马赫‑曾德尔调制器、第二耦合器、掺饵光纤放大器与环形器的端口Ⅰ连接;第二可调谐激光器通过顺序连接的相位调整器、光隔离器、高非线性光纤与环形器的端口Ⅱ连接;频谱分析仪通过顺序连接的第三耦合器、电放大器、电带通滤波器、光点探测器与环形器的端口Ⅲ连接;
其中第一马赫‑曾德尔调制器上分别连接有第一微波信号源和第一直流稳压电源,第二马赫‑曾德尔调制器上分别连接有第二微波信号源和第二直流稳压电源;第一耦合器与第二耦合器之间通过线路连接形成第二支路,第一耦合器与第一马赫‑曾德尔调制器之间连通形成第一支路,第二马赫‑曾德尔调制器与第二耦合器连通形成第三支路;第三耦合器与相位调制器连通形成第四支路;第三耦合器与频谱分析仪连通形成第五支路;
第一可调谐激光器向第一耦合器发出原始光信号分别通过第一支路和第二支路传播,第一支路顺序通过第一马赫‑曾德尔调制器、光滤波器、第二马赫‑曾德尔调制器调制光信号,并将调制后的光信号通过第三支路发送至第二耦合器,原始光信号通过第二支路与调制后的光信号在第二耦合器中形成耦合光信号,耦合光信号通过掺饵光纤放大器放大后输入环行器的端口Ⅰ,之后从端口Ⅱ输出进入高非线性光纤,从高非线性光纤右端传输到左端;第二可调谐激光器通过相位调制器产生相位调制信号,相位调制信号通过光隔离器输入高非线性光纤中,从高非线性光纤左端传输到右端,掺饵光纤放大器的输出信号与第二可调谐激光源的输出信号对向传输并不叠加;掺饵光纤放大器的输出信号即泵浦光进入高非线性光纤后,信号的下频率部分会产生一个增益区,在信号的上频率部分会产生一个损耗区,会对第二可调谐激光源的输出信号进行在特定频率处的增益或损耗;掺饵光纤放大器信号并不进入光电探测器中;环行器端口Ⅱ输出的耦合光信号与经过光隔离器输入高非线性光纤的相位调制信号在高非线性光纤中受激布里渊散射效应增益或损耗后,通过环行器端口Ⅱ输入后从端口Ⅲ输出并进入光电探测器中输出电信号,电信号通过电放大器进行放大后,顺序通过电带通滤波器、电放大器和第三耦合器分别进入第四支路和第五支路,通过第四支路链接相位调制器并为其提供驱动信号,通过第五支路链接频谱分析仪用于测量输出信号。
2.根据权利要求1所述的极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:第一可调谐激光器输出光信号的波长为1550nm,第二可调谐激光器输出光信号的波长为1510nm~
1630nm。
3.根据权利要求1所述的极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:相位调制器的工作波长为1525nm~1605nm,带宽为40GHz~60GHz;第一马赫‑曾德尔调制器和第二马赫‑曾德尔调制器工作的光波长为1525nm~1605nm,带宽为60GHz。
4.根据权利要求1所述的极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:高非线性光纤长度为1000m;高非线性光纤受激布里渊增益线宽为40MHz;高非线性光纤受激布里渊散射频移量v_B为11GHz。
5.根据权利要求1所述的极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:光隔离器隔离度大于40dB;光滤波器波长调谐范围在1480nm~1620nm,调谐精度为5pm,插入损耗为
5dB;掺饵光纤放大器放大倍数大于25倍;光电探测器带宽为60GHz;频谱分析仪的带宽为
100GHz。
6.根据权利要求1所述的极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:第一马赫‑曾德尔调制器和第二马赫‑曾德尔调制器带宽为40GHz,分别由第一微波信号源和第二微波信号源驱动,由第一直流稳压电源和第二直流稳压电源供电,均工作在载波抑制双边带状态。
7.根据权利要求1所述的极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置,其特征在于:第二微波信号源fL=15MHz~35MHz。
8.一种根据权利要求1所述极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置的工作方法,其特征在于步骤如下:
第一可调谐激光器向第一耦合器输出连续波频率为fp的光信号,第一耦合器将连续波频率为fp的光信号通过第一支路发送给第一马赫‑曾德尔调制器,第一微波信号源频率为
2vB,vB为受激布里渊频移量,第一直流稳压电源给第一马赫‑曾德尔调制器提供电,输出电压为第一马赫‑曾德尔调制器的半波电压Vπ,此时第一马赫‑曾德尔调制器工作在载波抑制双边带模式,第一马赫‑曾德尔调制器向光滤波器输出信号为‑1阶边带信号fp‑2vB和+1阶边带信号fp+2vB,光滤波器滤除+1阶边带信号fp+2vB后将剩下‑1阶边带信号fp‑2vB发送至第二马赫‑曾德尔调制器,第二马赫‑曾德尔调制器连接的第二微波信号源为fL,第二直流稳压电源为第二马赫‑曾德尔调制器供电,输出电压为第二马赫‑曾德尔调制器的半波电压Vπ,此时第二马赫‑曾德尔调制器工作在载波抑制双边带模式,输出信号为‑1阶边带信号fp‑
2vB‑fL和+1阶边带信号fp‑2vB+fL;
连续波频率为fp的光信号同时通过第二支路发送给第二耦合器,第一耦合器通过第二支路向第二耦合器发送的光信号fp并未进行调制;
将第二马赫‑曾德尔调制器通过第三支路向第二耦合器发送的光信号为fp‑2vB‑fL、fp‑
2vB+fL以及第二支路的光信号fp通过第二耦合器耦合在一起,通过掺饵光纤放大器对合在一起的光信号进行放大,产生三束泵浦光fp‑2vB+fL、fp‑2vB‑fL和fp,三束泵浦光通过环行器端口I输入并从端口II输出进入高非线性光纤中发生受激布里渊散射效应,泵浦光在高非线性光纤中传输时,泵浦光fp‑2vB+fL在中心频率fp‑3vB+fL处产生增益谱,在中心频率fp‑vB+fL处产生损耗谱;泵浦光fp在中心频率fp‑vB处产生增益谱,在中心频率fp+vB处产生损耗谱;
中心频率在fp‑vB+fL处的损耗谱、中心频率在fp‑vB‑fL处的损耗谱和中心频率在fp‑vB处的增益谱产生叠加效应,三束泵浦光经过高非线性光纤后,被光隔离器隔离并消失;
第二可调谐激光器向相位调制器输出连续波fc,连续波fc经过相位调制器后产生相位调制信号分别为载波信号fc、+1阶边带信号fc+fosc、‑1阶边带信号fc‑fosc,其中fosc为光电振荡器的震荡信号;相位调制信号fc、fc+fosc和fc‑fosc通过光隔离器输入高非线性光纤中,以保证光信号的单向传输;
三束泵浦光的增益谱和损耗谱会对相位调制信号的其中一个边带进行放大或缩小,从而将相位调制转换为强度调制,边带强度平衡被打破,经过受激布里渊散射效应增益/损耗的相位调制信号通过环行器端口II输入后从端口III输出并进入光电探测器中,输出频率为fosc的信号;当fosc=fp‑vB‑fc时,相位调制器的+1阶边带信号fc+fosc正好位于中心频率在fp‑vB处的经叠加处理的增益谱内,因此+1阶边带信号fc+fosc被增强,+1阶边带信号fc+fosc和‑1阶边带信号fc‑fosc的强度不再相等,就可以探测到频率为fosc的微波信号;
电信号fosc通过电放大器进行放大后,通过第三耦合器分别进入第四支路和第五支路,第四支路链接相位调制器并为其提供驱动信号,第五支路链接频谱分析仪用于测量输出信号。
9.根据权利要求8所述的工作方法,其特征在于:通过调节第一可调谐激光器的频率fp,同时保持第二可调谐激光器的频率fc=193.414489THz,即波长为1550nm不变,能够实现极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置输出信号的频率在1GHz到40GHz内可调谐。
10.根据权利要求8所述的工作方法,其特征在于:通过对第一可调谐激光器输出的连续波fp进行光学调制,从而产生三束泵浦光fp‑2vB+fL、fp‑2vB‑fL和fp,其中泵浦光fp‑2vB+fL、fp‑2vB‑fL的损耗谱中心频率为fp‑vB+fL、fp‑vB‑fL,泵浦光fp的增益谱中心频率为fp‑vB,泵浦光fp‑2vB+fL、fp‑2vB‑fL产生的两个损耗谱刚好落在泵浦光fp产生的增益谱两侧,并且与增益谱的中心频率间隔均为fL;由于增益谱和损耗谱的叠加效应,基于受激布里渊散射的微波光子滤波器的带宽缩小,最终使得极窄线宽的宽调谐毫米波输出装置输出信号的线宽变窄。