本發(fā)明涉及一種基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置，屬于微波光子學的測量技術領域。

背景技術：

超短脈沖信號的頻率測量在雷達系統(tǒng)中具有重要意義。但是現(xiàn)有的微波光子掃描式頻率測量系統(tǒng)如基于受激布里淵散射、基于頻移環(huán)等系統(tǒng)掃描時間較長，無法捕捉持續(xù)時間較短的超短脈沖信號。并且現(xiàn)有的頻率測量系統(tǒng)結構復雜、價格昂貴且體積較大，很難與現(xiàn)有雷達系統(tǒng)配合使用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置，以解決現(xiàn)有技術中無法捕捉超短脈沖信號，且系統(tǒng)結構復雜、價格昂貴和體積大的問題，為此本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置，包括：

雙驅(qū)動馬赫增德爾調(diào)制器DDMZM，用于將待測微波信號通過調(diào)制載波進行抑制載波單邊帶調(diào)制；

電光波導法珀腔，用于通過透射光譜的移動對抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行可調(diào)諧濾波處理；

探測器，用于探測所述電光波導法珀腔進行可調(diào)諧濾波處理后的信號，并當探測到信號時，確定所述待測微波信號的頻率。

本發(fā)明所述的基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置通過透射光譜的移動對抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行可調(diào)諧濾波處理可以實現(xiàn)對信號的快速掃描，大大縮短了信號探測時間，從而可以實現(xiàn)對超短脈沖信號的頻率測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述的一微波信號的頻率測量方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述的一基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例所述的另一基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例所述的一基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置中電光波導法珀腔220的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本具體實施方式提供了一種微波信號的頻率測量方法，如圖1所示，包括：

S110、將待測微波信號通過調(diào)制載波進行抑制載波單邊帶調(diào)制。

具體地，調(diào)制載波通過單色激光器產(chǎn)生。例如，待測微波信號頻率為f_s，調(diào)制載波頻率為f_c，調(diào)制載波信號為E＝Acos(2πf_ct)，其中A為振幅，以上邊帶調(diào)制為例，抑制載波上邊帶調(diào)制后的信號為E＝ABcos[2π(f_c+f_s)t]，其中A和B為振幅，若抑制載波下邊帶調(diào)制后的信號則為E＝ABcos[2π(f_c-f_s)t]。

S120、通過透射光譜的移動對抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行可調(diào)諧濾波處理以探測信號。

作為可選的，在所述調(diào)制載波通過單色激光器產(chǎn)生通過透射光譜的移動對抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行可調(diào)諧濾波處理以探測信號之前，還可以包括：將抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行偏振態(tài)控制，得到偏振光束，所述偏振光束的方向與所述電光波導法珀腔內(nèi)電場方向相同，一般為Z方向。

具體地，電光波導法珀腔通過掃描電壓調(diào)節(jié)透射光譜的移動；通過透射光譜的移動對所述Z方向的偏振光束進行可調(diào)諧濾波處理后的信號進行探測。偏振態(tài)的控制會改變信號的偏振方向，對信號表達式?jīng)]有任何影響，但是只有在偏振態(tài)與電光波導法珀腔的電場方向一致時，電光波導法珀腔才能正常工作。

S130、當探測到信號時，確定所述待測微波信號的頻率。

具體地，經(jīng)過電光波導法珀腔后信號強度可以表示為E＝ABC(V)cos[2π(f_c+f_s)t]，C(V)表示電光波導法珀腔的透過率，其為掃描電壓V的函數(shù)，經(jīng)過探測器后探測到的電流為i＝α[ABC(V)]²，即不同掃描電壓下，探測器的輸出不同。首先，不加待測微波信號時，光的頻率為f_c，偏振態(tài)控制的偏置電壓為0時，探測器測得電壓為V1；然后，偏振態(tài)控制的偏振電壓設置為V1時，加待測微波信號進行調(diào)制，光的頻率為f_c+f_s，透射光譜的峰位于f_c+f_s處測得的電壓絕對值為V1+V2；最后，確定所述待測微波信號的頻率為其中，自由光譜范圍FSR＝c/2nL，式中c為激光波長，n為介質(zhì)折射率，L為所述電光波導法珀腔的腔長。

具體地，由于電光波導法珀腔內(nèi)單向光程改變半波長時，透射光譜移動一個自由光譜范圍(FSR)，因此有V_π為鈮酸鋰作為基底材料的電光波導法珀腔內(nèi)波導的半波電壓。本發(fā)明的測頻范圍等于電光波導法珀腔的自由光譜范圍FSR＝c/2nL，式中c為激光波長，n為介質(zhì)折射率，L為所述電光波導法珀腔的腔長。測頻精度正比于半高全寬f_FWHM，且有f_FWHM＝FSR·πR^1/2exp(-αL/2)/[1-Rexp(-αL)]，式中R為電光波導法珀腔兩端的反射率，α為電光波導法珀腔內(nèi)波導的吸收系數(shù)。電光波導法珀腔的掃描時間非常短，可以達到1μs，因此可以實現(xiàn)脈沖持續(xù)時間大于1μs信號的頻率測量。

本具體實施方式提供了一種基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置，如圖2所示，包括：

雙驅(qū)動馬赫增德爾調(diào)制器(DDMZM)210，用于將待測微波信號通過調(diào)制載波進行抑制載波單邊帶調(diào)制；

電光波導法珀腔220，用于通過透射光譜的移動對抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行可調(diào)諧濾波處理；

探測器230，用于探測所述電光波導法珀腔進行可調(diào)諧濾波處理后的信號，并當探測到信號時，確定所述待測微波信號的頻率。

如圖3所示，所述的基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置還可以包括：

單色激光器310，用于產(chǎn)生所述調(diào)制載波。

偏振控制器320，用于將通過所述DDMZM210進行抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行偏振態(tài)控制，將得到的偏振光束傳輸給電光波導法珀腔220，以使電光波導法珀腔220對所述偏振光束進行可調(diào)諧濾波處理，所述偏振光束的方向與所述電光波導法珀腔內(nèi)電場方向相同，一般為Z方向。

控制處理電路330，用于通過施加掃描電壓(即發(fā)送電壓控制信號)給所述電光波導法珀腔220，以調(diào)節(jié)所述電光波導法珀腔220內(nèi)透射光譜的移動；作為可選的，其也可以對探測器230得到的電信號進行進一步后續(xù)處理。

進一步，所述電光波導法珀腔220，具體用于通過透射光譜的移動對所述Z方向的偏振光束進行可調(diào)諧濾波處理。

進一步，所述探測器230，具體用于當所述掃描電壓為所述調(diào)制載波通過施加0～V_π的掃描信號進行可調(diào)諧濾波處理后輸出的最大值對應的電壓V₁時，探測到通過所述掃描電壓V₁對抑制載波單邊帶調(diào)制后的信號進行可調(diào)諧濾波處理后輸出的最大值對應的電壓V₂，確定所述待測微波信號的頻率其中，自由光譜范圍FSR＝c/2nL，式中c為激光波長，n為介質(zhì)折射率，L為所述電光波導法珀腔的腔長，其中，V_π為鈮酸鋰作為基底材料的電光波導法珀腔內(nèi)波導的半波電壓。

如圖4所示，所述的基于電光法珀腔的微波光子學頻率測量裝置中所述電光波導法珀腔220的結構可以包括：腔體外部設置的用于將光信號輸入波導430的輸入光纖410和用于將光信號輸出波導430的輸出光纖420，腔體內(nèi)部設置的用于限制光信號傳播方向的波導430、用于給波導施加電場以改變波導430折射率的下電極440、用于接地的上電極450以及腔體基底材料鈮酸鋰460，所述波導430橫向貫穿于腔體內(nèi)部，所述腔體的左腔壁和右腔壁均設置有用于使光信號在波導內(nèi)來回反射以構成法珀腔的高反膜470，所述輸入光纖410與波導430之間的耦合區(qū)域以及輸出光纖420與波導430之間的耦合區(qū)域均采用固化劑480固定。

本發(fā)明實施例首先，在不加待測微波信號時，光的頻率為單色激光器310產(chǎn)生的調(diào)制載波頻率f_c，偏振控制器320的偏置電壓為0時，透射光譜的峰位于f_c處，所述調(diào)制載波通過施加0～V_π的掃描信號給電光波導法珀腔220進行可調(diào)諧濾波處理后探測器230測得電壓為V1；然后，為了計算的嚴謹性偏振控制器320施加偏置電壓V1給電光波導法珀腔220，加待測微波信號通過本發(fā)明實施例所述的裝置進行載波調(diào)制和可調(diào)諧濾波處理后，光的頻率為f_c+f_s，透射光譜的峰位于f_c+f_s處探測器測得電壓絕對值為V1+V2；最后，確定所述待測微波信號的頻率為

本具體實施方式提供了一種微波信號的頻率測量方法及裝置使用電光波導法珀腔作為掃描部件，電光波導法珀腔具有更快的響應速度，縮短了的掃描時間，因此可以捕捉到超短脈沖信號。本發(fā)明的掃描速度可以達到1MHz，可以實現(xiàn)脈沖持續(xù)時間大于1μs信號的頻率測量。本發(fā)明的裝置結構簡單，無需高強度激光、長光纖鏈路或高頻微波源等額外設備，實現(xiàn)了小體積集成，與現(xiàn)有的雷達系統(tǒng)兼容性高。另外，系統(tǒng)所需的掃描電壓峰峰值小于10V，故能耗低。

本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明實施例揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。