基于電光外調(diào)制非線性效應(yīng)的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電光外調(diào)制非線性效應(yīng)的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法與裝置。大信號調(diào)制模式下，單波長光載波在電光調(diào)制器中，完成了一個(gè)具有較大調(diào)制深度的相位調(diào)制；相位調(diào)制信號經(jīng)可調(diào)光延時(shí)模塊引入相對相移或錯(cuò)位，經(jīng)時(shí)域開關(guān)實(shí)現(xiàn)非線性頻率啁啾區(qū)域選取后，輸入到光電轉(zhuǎn)換器中拍頻得到脈沖速率、脈寬和中心載頻可調(diào)的微波脈沖信號。本發(fā)明既涵蓋了高頻、大瞬時(shí)帶寬等光子學(xué)優(yōu)點(diǎn)，又具有生成信號參數(shù)精度高，易于調(diào)諧，結(jié)構(gòu)相對簡單等優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣泛。
【專利說明】基于電光外調(diào)制非線性效應(yīng)的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波光子學(xué)、電光調(diào)制技術(shù)，尤其是光子技術(shù)型微波信號產(chǎn)生技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中，具有較大時(shí)寬-帶寬積的啁啾微波脈沖信號常被用于提高雷達(dá)的測距精度和距離分辨力。目前，常用的啁啾微波脈沖信號一般基于電子器件或裝置來產(chǎn)生。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，利用傳統(tǒng)電子學(xué)方法產(chǎn)生的啁啾微波脈沖信號，由于其帶寬、頻段的限制，已經(jīng)無法滿足人們的實(shí)際應(yīng)用需求。因此，尋求可以實(shí)現(xiàn)更高載頻、更大帶寬的啁啾微波脈沖信號的生成方案，已成為研究熱點(diǎn)。
[0003]基于微波光子學(xué)的光生微波脈沖技術(shù)，由于其具有大帶寬、高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。目前，利用光譜整形技術(shù)與波長-時(shí)間映射原理產(chǎn)生啁啾微波脈沖信號是一種新穎的、常用的光子型啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法:1).Hao Chi and JianpingYao, “All-fiber chirped microwave pulse generation based on spectral shapingand wavelength-to-time conversion,，，IEEE Trans.Microw.Theory Tech., vol.55, n0.9, 1958-1963, 2007;2).C.Wang and J.P.Yao, “Chirped microwave pulse generationbased on optical spectral shaping and wavelength-to-time mapping using aSagnac-1oop mirror incorporating a chirped fiber Bragg grating,，，J.Lightw.Technol.，vol.27，n0.16，pp.3336 - 3341，Aug.2009.這些方案充分體現(xiàn)了微波光子技術(shù)在產(chǎn)生啁啾微波脈沖信號帶寬上的優(yōu)勢。
[0004]需要指出的是:上述技術(shù)方案存在一定的局限性。首先，波長-時(shí)域映射處理精度不高，這樣將直接導(dǎo)致生成信號的參數(shù)不夠精準(zhǔn)(如，生成信號的中心載頻要達(dá)到百M(fèi)Hz量級調(diào)控精度或偏差都存在較大困難)；其次，脈沖信號多維參數(shù)的獨(dú)立、精確、快速調(diào)諧亦是一大挑戰(zhàn)(改變?yōu)V波通帶形狀、頻域整形的自由頻譜區(qū)、色散值大小等操作大部分依靠物理動(dòng)作完成，響應(yīng)速度相對滯后)。再次，以上方案大多采用短脈沖光源、光頻梳等，這些光源價(jià)格高、體積大、調(diào)諧復(fù)雜，不易于小型化、靈活化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上陳述已有技術(shù)方案的不足，本發(fā)明旨在提供一種新穎的光子型啁啾(這里指頻率啁啾)微波脈沖信號的產(chǎn)生方案，在保證大帶寬前提下，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的以上不足。
[0006]本發(fā)明的目的通過如下手段來實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種基于電光外調(diào)制非線性效應(yīng)的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法，通過如下的過程產(chǎn)生指定脈沖速率、脈寬和中心載頻的啁啾微波脈沖信號:
[0008]在大信號調(diào)制模式下，由微波驅(qū)動(dòng)信號在電光相位調(diào)制器中對連續(xù)光源的輸出光實(shí)施相位調(diào)制；已調(diào)光信號經(jīng)可調(diào)光延時(shí)模塊構(gòu)造出具有相對相移的兩路相位調(diào)制信號；利用強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)構(gòu)建一個(gè)周期性時(shí)域開關(guān)脈沖，實(shí)現(xiàn)對兩路相位調(diào)制信號的非線性頻率啁啾區(qū)域的選??；經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器拍頻產(chǎn)生指定脈沖速率、脈寬和中心載頻的啁啾微波脈沖信號。
[0009]通過調(diào)整電光相位調(diào)制器的調(diào)制深度，啁啾微波脈沖信號的中心載頻得以調(diào)節(jié)；共同調(diào)整電光相位調(diào)制器的調(diào)制深度與可調(diào)光延時(shí)模塊在兩路相位調(diào)制信號之間的相對時(shí)延，啁啾微波脈沖信號的啁啾特性得以改變；調(diào)整時(shí)域開關(guān)的周期脈沖包絡(luò)的速率和占空比，啁啾微波脈沖信號的脈沖速率和脈寬得以調(diào)諧。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的是給出實(shí)施上述方法的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生裝置:由單波長連續(xù)光源，電光相位調(diào)制器，可調(diào)光延時(shí)模塊，強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)，光電轉(zhuǎn)換器組成。
[0011]由連續(xù)波激光源產(chǎn)生一束單波長光波,經(jīng)電光相位調(diào)制器實(shí)施大信號調(diào)制后，輸出一個(gè)具有較大調(diào)制深度的相位調(diào)制信號。將已調(diào)光信號輸入到可調(diào)光延時(shí)模塊，在時(shí)域上實(shí)現(xiàn)具有相對相移的兩個(gè)調(diào)相光信號。其中，可調(diào)光延時(shí)模塊由兩個(gè)3dB耦合器、一段可調(diào)光延時(shí)線和一段長度匹配光纖組成。然后，利用強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)構(gòu)建一個(gè)開關(guān)型周期脈沖包絡(luò)，用來選取兩路已調(diào)光信號的非線性頻率啁啾區(qū)域，進(jìn)而產(chǎn)生啁啾光脈沖信號。其中，強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)功能由一個(gè)Mach-Zehnder調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)。最后,通過光電轉(zhuǎn)換器(又可稱之為光探測器、光電探測器)，將啁啾光脈沖信號轉(zhuǎn)化為啁啾微波脈沖信號。由于生成信號的中心載頻很大程度上由大信號調(diào)制下的調(diào)制深度決定；微波頻率啁啾特性(調(diào)頻類型或調(diào)頻斜率等)由相位調(diào)制深度和兩路調(diào)相信號的相對相位延遲共同決定；脈沖速率、脈寬分別由時(shí)域開關(guān)的周期脈沖包絡(luò)的速率和占空比決定?；诖?，通過改變電光調(diào)制模塊的相位調(diào)制深度，可調(diào)光延時(shí)模塊的相對相位延遲，時(shí)域開關(guān)的速率和占空比，可以精確地控制生成信號的脈沖速率、脈寬和中心載頻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多維參數(shù)可調(diào)諧的啁啾微波脈沖信號的光子學(xué)產(chǎn)生。
[0012]經(jīng)過上述設(shè)計(jì)后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):該方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于獲得穩(wěn)定的性能；脈沖信號的參數(shù)基本上由電驅(qū)動(dòng)信號來決定和調(diào)控，因而脈沖信號參數(shù)的精度高；在不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)啁啾微波脈沖信號多維參數(shù)的快速調(diào)諧，并且調(diào)諧靈活、可控。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0013]圖1.本發(fā)明方法的系統(tǒng)框圖。
[0014]圖2.本發(fā)明方法中啁啾微波脈沖信號生成原理。
[0015]圖3.強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)的實(shí)現(xiàn)原理。
[0016]圖4.級聯(lián)型時(shí)域開關(guān)。(a)速率為0.8GHz的時(shí)域開關(guān)；(b)速率為1.6GHz的時(shí)域開關(guān)；(c)速率為0.SGHz的強(qiáng)度調(diào)制器級聯(lián)型時(shí)域開關(guān)。
[0017]圖5.在相位調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號為0.8GHz，調(diào)制深度為24.492，可調(diào)光延時(shí)模塊的相對延時(shí)為0.9ns時(shí):(a)兩路具有相對相移的調(diào)相信號的相位變化；(b)可調(diào)光延時(shí)模塊輸出的調(diào)頻光信號；(c)強(qiáng)度調(diào)制器級聯(lián)型時(shí)域開關(guān)；(d)拍頻得到的啁啾微波脈沖信號。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。[0019]如圖1所示，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置由單波長型連續(xù)光源10，電光相位調(diào)制器20，可調(diào)光延時(shí)模塊30，強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)40，光電轉(zhuǎn)換器50構(gòu)成。圖2給出了本裝置產(chǎn)生啁啾微波信號的基本原理。
[0020]單波長型連續(xù)光源10產(chǎn)生一束頻率為f。的連續(xù)光波，其光場可以描述為:
[0021]E1 (t) = E0exp (j2 π fct) (I)
[0022]其中，Etl表示光場幅度。將光信號輸入到電光相位調(diào)制器20。在相位調(diào)制器中，由一個(gè)具有較大功率的外加驅(qū)動(dòng)信號一(其頻率為f\)對光信號實(shí)施大信號調(diào)制，得到的相位調(diào)制型光信號為:
[0023]E2 (t) = E0exp [ j2 π fct+j β cos (2 π fit) ] (2)
[0024]其中，β表示調(diào)制深度。
[0025]然后，利用可調(diào)光延時(shí)模塊30 (由兩個(gè)3dB耦合器、一段可調(diào)光延時(shí)線和一段長度匹配光纖組成)，在時(shí)域上構(gòu)造出具有相對相移的兩路信號(調(diào)相光信號和自身延遲信號)，疊加后的光場可由數(shù)學(xué)表達(dá)式描述為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于電光外調(diào)制非線性效應(yīng)的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法，通過如下的過程產(chǎn)生指定脈沖速率、脈寬和中心載頻的啁啾微波脈沖信號: 在大信號調(diào)制模式下，由微波驅(qū)動(dòng)信號在電光相位調(diào)制器中對連續(xù)光源的輸出光實(shí)施相位調(diào)制；已調(diào)光信號經(jīng)可調(diào)光延時(shí)模塊構(gòu)造出具有相對相移的兩路相位調(diào)制信號；利用強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)構(gòu)建一個(gè)周期性時(shí)域開關(guān)脈沖，實(shí)現(xiàn)對兩路相位調(diào)制信號的非線性頻率啁啾區(qū)域的選??；經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器拍頻產(chǎn)生指定脈沖速率、脈寬和中心載頻的啁啾微波脈沖信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之方法的基于電光外調(diào)制非線性效應(yīng)的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生方法，其特征在于，調(diào)整電光相位調(diào)制器的調(diào)制深度，啁啾微波脈沖信號的中心載頻得以改變；共同調(diào)整電光相位調(diào)制器的調(diào)制深度與可調(diào)光延時(shí)模塊在兩路相位調(diào)制信號之間引入的相對時(shí)延，啁啾微波脈沖信號的啁啾特性得以改變；調(diào)整時(shí)域開關(guān)的周期脈沖包絡(luò)的速率和占空比，啁啾微波脈沖信號的脈沖速率和脈寬得以調(diào)諧。
3.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2方法的啁啾微波脈沖信號產(chǎn)生裝置，其特征在于，由單波長連續(xù)光源，電光相位調(diào)制器，可調(diào)光延時(shí)模塊，強(qiáng)度調(diào)制型時(shí)域開關(guān)，光電轉(zhuǎn)換器組成。
【文檔編號】H04B10/508GK103516435SQ201310432855
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】劉新開, 鄒喜華, 潘煒, 盧冰 申請人:西南交通大學(xué)