專利名稱：緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種緊湊型瞬時(shí)微波頻率光 子測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用直調(diào)分布反饋激光器和馬赫-曾德爾(M-Z)濾波器實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)頻率
背景技術(shù)：
瞬時(shí)微波頻率(頻段300MHz 300GHz)的測(cè)量是電子對(duì)抗的關(guān)鍵技術(shù)之一，諸如 軍事信息的截獲和竊聽、雷達(dá)干擾和反干擾能力等。然而，基于電子學(xué)器件進(jìn)行微波信號(hào)測(cè) 量由于受限于電子瓶頸和瞬時(shí)帶寬的限制，很難實(shí)現(xiàn)寬頻段覆蓋范圍、低誤差的瞬時(shí)測(cè)量。 微波光子學(xué)的興起給瞬時(shí)微波頻率測(cè)量開辟了一條新的思路?；诠庾蛹夹g(shù)的瞬時(shí)微波頻 率測(cè)量具有寬頻段覆蓋范圍，低誤差，抗電磁干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此近幾年瞬時(shí)微 波頻率的光子測(cè)量技術(shù)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。 就目前報(bào)道的情況來(lái)看，瞬時(shí)微波頻率測(cè)量的光子技術(shù)方案大致可以劃分為三 類 1、頻率_空間映射型。在此方案中，微波頻率信息被映射到空間位置上，因此這種 方法也被稱為信道化濾波器型測(cè)頻。例如，微波信號(hào)輸入到Bragg基元中生成聲波，該聲波 頻率的大小將改變Bragg基元的衍射率；當(dāng)一束激光入射時(shí)，其偏轉(zhuǎn)的衍射角隨微波頻率 的大小不同而變化，運(yùn)用光探測(cè)器檢測(cè)光強(qiáng)的分布即可推算出衍射角度，即得到微波頻率， 但這種方法需要利用分離的器件形成體光柵和高精度探測(cè)器陣列，具行不易集成、振動(dòng)穩(wěn) 定性差、成本高等缺點(diǎn)； n、頻率-時(shí)域映射型。頻率-時(shí)域映射型測(cè)頻方案借助時(shí)延介質(zhì)將頻率信息轉(zhuǎn)換
成時(shí)域功率分布，通過(guò)分析時(shí)域功率的分布獲得頻率信息。此方案的測(cè)量精度依賴色散介 質(zhì)的色散長(zhǎng)度積，更重要的是此方案需要復(fù)雜的后臺(tái)處理過(guò)程來(lái)界定光功率的階躍變化；
ni、頻率_功率映射型。此方案的物理機(jī)制是將微波信號(hào)的頻率信息轉(zhuǎn)換成幅度 (或功率)信息，通過(guò)檢測(cè)幅度信息間接測(cè)量出待測(cè)頻率值。 方案III與方案I和II相比，具有后臺(tái)信息處理簡(jiǎn)單，成本低優(yōu)點(diǎn)；但現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)
道的功率映射型方案一般都采用外調(diào)制的方法，從而使測(cè)量系統(tǒng)具有偏振相關(guān)、插入損耗
大等缺點(diǎn)；需要大的色散長(zhǎng)度積來(lái)提高測(cè)量精度，使系統(tǒng)體積龐大、不易集成；同時(shí)由于采
用多個(gè)激光光源，光源間功率的相對(duì)穩(wěn)定性較難保證，所以使測(cè)量精度大幅度降低。 因此，如何實(shí)現(xiàn)高頻段、緊湊、功率補(bǔ)償、低插入損耗、偏振不相關(guān)的瞬時(shí)頻率測(cè)量
是亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問(wèn)題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)， 以解決微波源低頻、高相位噪聲、不易精確調(diào)諧和高插入損耗問(wèn)題。
(二)技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，包括
—接收天線1 ; —微波功率放大器2，該微波功率放大器2的輸入端與接收天線1連接； —高速直調(diào)激光器3，從微波功率放大器2輸出端輸出的微波信號(hào)加載到高速直
調(diào)激光器3上； —環(huán)行器4，該環(huán)行器的第一端口 A與高速直調(diào)激光器3連接； —可調(diào)諧相移光柵5，該可調(diào)諧相移光柵5的一端與環(huán)行器的第二端口 B連接； —可調(diào)諧M-Z干涉儀6，該可調(diào)諧M-Z干涉儀6輸入端與環(huán)行器4的第三端口 C連
接； —第一高速光子探測(cè)器7，該第一高速光子探測(cè)器7與可調(diào)諧M-Z濾波器6的第一 輸出端E連接； —第二高速光子探測(cè)器8，該第二高速光子探測(cè)器8與可調(diào)諧M-Z濾波器6的第二 輸出端F連接； —比較器9，該比較器9的兩個(gè)端口分別與第一高速光子探測(cè)器7和第二高速光子 探測(cè)器8連接。 上述方案中，所述高速直調(diào)激光器3是微波封裝的分布反饋半導(dǎo)體激光器，其中 心波長(zhǎng)位于光纖通信波長(zhǎng)范圍。 上述方案中，載波的功率是通過(guò)所述環(huán)行器4加所述可調(diào)諧相移光柵5壓制的，或 是通過(guò)F-P標(biāo)準(zhǔn)具壓制。 上述方案中，所述可調(diào)諧相移光柵5寫在光敏光纖上，或者是寫在載氫的單模光 纖上，其透射波長(zhǎng)是通過(guò)溫控或應(yīng)力調(diào)諧的，所述可調(diào)諧相移光柵5的中心透射波長(zhǎng)與所 述高速直調(diào)激光器3的中心波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)。 上述方案中，所述可調(diào)諧M-Z干涉儀6是通過(guò)應(yīng)力或熱控制實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，使載波功率 分別與可調(diào)諧M-Z濾波器6輸出端口的峰值和谷值對(duì)準(zhǔn)。 上述方案中，所述接收天線1接收到的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)微波功率放大器2后直接加 載到高速直調(diào)激光器3上，從而在載波頻率兩側(cè)產(chǎn)生攜帶微波頻率信息的雙邊帶，通過(guò)應(yīng) 力或熱調(diào)諧相移光柵的透射譜線，使透射中心波長(zhǎng)與載波波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)，從而將載波功率壓制。
上述方案中，由于可調(diào)諧M-Z濾波器6的雙輸出端口具有互補(bǔ)性，從而使第一高速 光子探測(cè)器7和第二高速光子探測(cè)器8探測(cè)到的功率在一定范圍內(nèi)，隨微波頻率的變化呈 相反的變化趨勢(shì)，因此通過(guò)功率比較可以得到一個(gè)單調(diào)曲線，從而建立微波頻率到功率單 一映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)微波頻率的測(cè)量。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明利用單一激光器代替了多個(gè)激光器，避免了由于多個(gè)激光器相對(duì)功率不 穩(wěn)定所帶來(lái)的測(cè)量精度問(wèn)題。 2、本發(fā)明利用高速直調(diào)激光器代替了激光器加調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，不但簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)
構(gòu)，而且避免了由于調(diào)制器所帶來(lái)的偏振相關(guān)、插入損耗高、成本高等問(wèn)題。 3、本發(fā)明利用相移光柵壓制載波功率，增大了測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，提高了精度。
4、本發(fā)明利用可調(diào)M-Z調(diào)制器實(shí)現(xiàn)濾波功能，避免了公里級(jí)色散光纖所帶來(lái)的不 易集成和利用啁啾光柵的波紋所帶來(lái)的精度下降問(wèn)題。


為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和特征，以下結(jié)合實(shí)例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的 說(shuō)明，其中 圖1是本發(fā)明提供的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)方框示意圖； 圖2是光譜的演化示意圖； 圖3是濾波器濾波曲線和輸出光譜示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 請(qǐng)參閱圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量示意圖，包 括 —接收天線1 ; —微波功率放大器2，該微波功率放大器2的輸入端與接收大線1連接； —高速直調(diào)激光器3，從微波功率放大器2輸出端輸出的微波信號(hào)加載到高速直
調(diào)激光器3上； —環(huán)行器4，該環(huán)行器的第一端口 A與高速直調(diào)激光器3連接； —可調(diào)諧相移光柵5，該可調(diào)諧相移光柵5的一端與環(huán)行器的第二端口 B連接； —可調(diào)諧M-Z干涉儀6，該可調(diào)諧M-Z干涉儀6輸入端與環(huán)行器4的第三端口 C連
接； —第一高速光子探測(cè)器7，該第高速光子探測(cè)器7與可調(diào)諧M-Z濾波器6的第一輸 出端E連接； —第二高速光子探測(cè)器8，該第二高速光子探測(cè)器8與可調(diào)諧M-Z濾波器6的第二 輸出端F連接； —比較器9，該比較器9的兩個(gè)端口分別與第一高速光子探測(cè)器7和第二高速光子 探測(cè)器8連接。 其中，高速直調(diào)激光器3是微波封裝的分布反饋半導(dǎo)體激光器，其中心波長(zhǎng)位于 光纖通信波長(zhǎng)范圍，從微波功率放大器輸出端輸出的微波信號(hào)加載到高速直調(diào)激光器3 上；由于僅使用了單一激光器作為光源，避免了多個(gè)激光器相對(duì)功率不穩(wěn)定所帶來(lái)的測(cè)量 不準(zhǔn)確問(wèn)題；同時(shí)由于利用了高速直調(diào)激光器代替了激光器加調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，不但簡(jiǎn)化了 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且避免了由于調(diào)制器所帶來(lái)的偏振相關(guān)、插入損耗高、成本高、不易集成等問(wèn) 題。 載波的功率是通過(guò)所述環(huán)行器4加所述可調(diào)諧相移光柵5壓制的，或是通過(guò)F-P 標(biāo)準(zhǔn)具壓制?？烧{(diào)諧相移光柵5寫在光敏光纖上，或者是寫在載氫的單模光纖上，其透射波 長(zhǎng)是通過(guò)溫控或應(yīng)力調(diào)諧的，所述可調(diào)諧相移光柵5的中心透射波長(zhǎng)與所述高速直調(diào)激光 器3的中心波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)，該可調(diào)諧相移光柵是用來(lái)壓制載波功率的；或者不用相移光柵而用
5高精度F-P標(biāo)準(zhǔn)具代替；由于將載波功率壓制，從而增大了測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，提高了測(cè)量精度。 可調(diào)諧M-Z干涉儀6是通過(guò)應(yīng)力或熱控制實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，使載波功率分別與可調(diào)諧M-Z濾波器6輸出端口的峰值和谷值對(duì)準(zhǔn)；利用可調(diào)M-Z調(diào)制器6實(shí)現(xiàn)濾波功能，避免了公里級(jí)色散光纖所帶來(lái)的不易集成和利用啁啾光柵的波動(dòng)所帶來(lái)的精度下降問(wèn)題。
再參照?qǐng)Dl，接收天線l接收到的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)微波功率放大器2后直接加載到高速直調(diào)激光器3上，從而在載波頻率兩側(cè)產(chǎn)生攜帶微波頻率信息的雙邊帶。載波與邊帶的變化如圖2所示。通過(guò)應(yīng)力或熱調(diào)諧相移光柵的透射譜線，使透射中心波長(zhǎng)與載波波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)，從而將載波功率壓制。由于可調(diào)諧M-Z濾波器6的雙輸出端口具有互補(bǔ)性，因此第一高速光子探測(cè)器7接收到的功率隨微波頻率的增大而減小，而第二高速光子探測(cè)器8接收到的功率隨微波頻率的增加而增大，可調(diào)諧M-Z濾波器6E端口和F端口的濾波曲線以及輸出邊帶譜線如圖3所示。由于兩高速光子探測(cè)器探測(cè)到的功率在一定范圍內(nèi)，隨微波頻率的變化呈相反的變化趨勢(shì)，因此通過(guò)功率比較可以得到一個(gè)單調(diào)曲線，從而建立微波頻率到功率單一映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)微波頻率的測(cè)量。 本發(fā)明提供的這種緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，是一種功率不敏感、緊湊的瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)。微波信號(hào)加載到了一個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)諧、直接調(diào)制激光器上，通過(guò)調(diào)諧激光器的直流偏置電壓，使在載波頻率兩側(cè)只產(chǎn)生攜帶微波頻率信息的正負(fù)一階邊帶，并利用可調(diào)諧相移光柵將載波功率壓制；由可調(diào)諧M-Z濾波器濾波，并通過(guò)調(diào)諧濾波器的臂長(zhǎng)，使載波波長(zhǎng)分別對(duì)準(zhǔn)濾波器兩輸出端口的峰值與谷值；由于兩端口輸出功率隨微波頻率的變化趨勢(shì)相反，因此比較函數(shù)隨微波頻率在一定范圍內(nèi)單調(diào)變化，從而可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)微波頻率的測(cè)量。 與現(xiàn)有的映射型瞬時(shí)微波頻率測(cè)量技術(shù)相比，由于利用了直調(diào)激光器，避免了由于外調(diào)制所帶來(lái)的損耗大、不易集成、高成本、偏振相關(guān)等缺點(diǎn)；由于利用單一的光源，補(bǔ)償了多個(gè)光源所導(dǎo)致測(cè)量精度下降的問(wèn)題；由于利用了相移光柵將載波功率壓制，提高了探測(cè)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍；由于利用濾波器輸出功率的互補(bǔ)性，彌補(bǔ)了利用公里級(jí)色散補(bǔ)償光纖所帶來(lái)的體積龐大、不易集成的缺點(diǎn)。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括一接收天線(1)；一微波功率放大器(2)，該微波功率放大器(2)的輸入端與接收天線(1)連接；一高速直調(diào)激光器(3)，從微波功率放大器(2)輸出端輸出的微波信號(hào)加載到高速直調(diào)激光器(3)上；一環(huán)行器(4)，該環(huán)行器的第一端口A與高速直調(diào)激光器(3)連接；一可調(diào)諧相移光柵(5)，該可調(diào)諧相移光柵(5)的一端與環(huán)行器的第二端口B連接；一可調(diào)諧M-Z干涉儀(6)，該可調(diào)諧M-Z干涉儀(6)輸入端與環(huán)行器(4)的第三端口C連接；一第一高速光子探測(cè)器(7)，該第一高速光子探測(cè)器(7)與可調(diào)諧M-Z濾波器(6)的第一輸出端E連接；一第二高速光子探測(cè)器(8)，該第二高速光子探測(cè)器(8)與可調(diào)諧M-Z濾波器(6)的第二輸出端F連接；一比較器(9)，該比較器(9)的兩個(gè)端口分別與第一高速光子探測(cè)器(7)和第二高速光子探測(cè)器(8)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述高速 直調(diào)激光器(3)是微波封裝的分布反饋半導(dǎo)體激光器，其中心波長(zhǎng)位于光纖通信波長(zhǎng)范 圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，載波的功 率是通過(guò)所述環(huán)行器(4)加所述可調(diào)諧相移光柵(5)壓制的，或是通過(guò)F-P標(biāo)準(zhǔn)具壓制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào) 諧相移光柵(5)寫在光敏光纖上，或者是寫在載氫的單模光纖上，其透射波長(zhǎng)是通過(guò)溫控 或應(yīng)力調(diào)諧的，所述可調(diào)諧相移光柵(5)的中心透射波長(zhǎng)與所述高速直調(diào)激光器(3)的中 心波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào) 諧M-Z干涉儀(6)是通過(guò)應(yīng)力或熱控制實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，使載波功率分別與可調(diào)諧M-Z濾波器(6) 輸出端口的峰值和谷值對(duì)準(zhǔn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述接收 天線(1)接收到的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)微波功率放大器(2)后直接加載到高速直調(diào)激光器(3) 上，從而在載波頻率兩側(cè)產(chǎn)生攜帶微波頻率信息的雙邊帶，通過(guò)應(yīng)力或熱調(diào)諧相移光柵的 透射譜線，使透射中心波長(zhǎng)與載波波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)，從而將載波功率壓制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，由于可調(diào) 諧M-Z濾波器(6)的雙輸出端口具有互補(bǔ)性，從而使第一高速光子探測(cè)器(7)和第二高速 光子探測(cè)器(8)探測(cè)到的功率在一定范圍內(nèi)，隨微波頻率的變化呈相反的變化趨勢(shì)，因此 通過(guò)功率比較可以得到一個(gè)單調(diào)曲線，從而建立微波頻率到功率單一映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí) 微波頻率的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種緊湊型瞬時(shí)微波頻率光子測(cè)量系統(tǒng)，包括接收天線、微波功率放大器、高速直調(diào)激光器、環(huán)行器、可調(diào)諧相移光柵、可調(diào)諧M-Z干涉儀、第一高速光子探測(cè)器、第二高速光子探測(cè)器和比較器。微波信號(hào)加載到了一個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)諧、直接調(diào)制激光器上，通過(guò)調(diào)諧激光器的直流偏置電壓，使在載波頻率兩側(cè)只產(chǎn)生攜帶微波頻率信息的正負(fù)一階邊帶，并利用可調(diào)諧相移光柵將載波功率壓制；由可調(diào)諧M-Z濾波器濾波，并通過(guò)調(diào)諧濾波器的臂長(zhǎng)，使載波波長(zhǎng)分別對(duì)準(zhǔn)濾波器兩輸出端口的峰值與谷值；由于兩端口輸出功率隨微波頻率的變化趨勢(shì)相反，因此比較函數(shù)隨微波頻率在一定范圍內(nèi)單調(diào)變化，從而可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)微波頻率的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R23/02GK101793920SQ20101011933
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者劉建國(guó), 王欣, 祝寧華, 袁海慶, 陳偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所