一種偏置電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)的制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本實用新型涉及微波光子學(xué)領(lǐng)域，具體地講是一種偏置電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)。【
背景技術(shù)：
】[0002]將具有大帶寬、低損耗和抗電磁干擾等重要優(yōu)勢的微波光子學(xué)應(yīng)用到瞬時微波頻率測量（IFM，instantaneousfrequencymeasurement)領(lǐng)域中，可以大大提升瞬時頻率測量系統(tǒng)的性能，因此，基于微波光子學(xué)的瞬時頻率測量方法近年來受到越來越多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。在設(shè)計一個瞬時頻率測量系統(tǒng)時往往需要從以下幾個因素進行考慮：1.具有較大并且可調(diào)的測量范圍；2.盡可能提高測量精度；3.保證系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定性。目前提出的基于微波光子的IFM方法主要有：采用相干光射頻通道器來實現(xiàn)的方法；采用一對互補的光濾波器的方法以及利用光纖色散所致功率衰落函數(shù)的方法。其中利用色散所致功率衰落函數(shù)的方法可以獲得較大的測量范圍以及相對高的測量精度，所以應(yīng)用最為普遍。在這一類方法中，大多數(shù)方案都面臨一個權(quán)衡問題：無法同時獲得高精度和大測量范圍，兩者只能取其一。因此，測量范圍和精度可調(diào)的IFM方法被廣泛提出，比如加拿大學(xué)者X.Zou等人提出的利用雙波長調(diào)制及光濾波的測量范圍及精度可調(diào)實現(xiàn)方案（"AnOpticalApproachtoMicrowaveFrequencyMeasurementWithAdjustableMeasurementRangeandResolution^,IEEEPhotonicTechnologyLetters,20(2008)1989-1991)以及北京郵電大學(xué)李建強博士提出的采用雙輸出馬赫增德爾調(diào)制器的IFM系統(tǒng)("Photonic-assistedmicrowavefrequencymeasurementwithhigherresolutionandtunablerange",Opt.Lett.，34(2009)743-745)，但是這些方案都要求兩個光源具有很大的波長間隔，否則測量范圍會受到限制。此外，中科院學(xué)者W.Li等人提出了基于一個雙平行馬赫曾德調(diào)制器和一個雙驅(qū)動馬赫曾德調(diào)制器的可重構(gòu)IFM系統(tǒng)（"Reconfigurableinstantaneousfrequencymeasurementsystembasedondual-parallelMach-Zehndermodulator",IEEEPhotonicsJournal,4(2012)427-436.)，該方案能夠獲得較大測量范圍和較高精度，但是采用的調(diào)制器數(shù)量多且復(fù)雜，系統(tǒng)成本增加。而利用偏振調(diào)制器的偏振敏感效應(yīng)的方案的提出，為可調(diào)IFM方法打開了新思路。通過改變偏振角度可以調(diào)節(jié)測量的范圍和精度。比如南京航空航天大學(xué)的H.Zhang等人提出的方案一（"Instantaneousfrequencymeasurementwithadjustablemeasurementrangeandresolutionbasedonpolarisationmodulator,"ElectronicsLetters,49(2013)277-279)以及本研宄所的J.L等人提出的方案二（''Performanceanalysisonaninstantaneousmicrowavefrequencymeasurementwithtunablerangeandresolutionbasedonasinglelasersource,〃Optics&LaserTechnology,63(2014)54-61)。然而，方案一存在穩(wěn)定性降低，且需要對功率進行動態(tài)平衡的問題。而方案二雖然不需要考慮光功率的動態(tài)平衡問題。但是權(quán)衡問題沒有得到很好地解決。而且采用調(diào)節(jié)偏振角的方式在實際操作中比較困難，為此，設(shè)計一種操作較為簡單的偏置電壓控制且精度能提高的瞬時頻率測量系統(tǒng)是十分必要的?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0003]本發(fā)明是提出一種操作簡單且精度提高的偏置電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)。方案采用小波長間隔的雙光源以及偏置電壓控制方式，其結(jié)構(gòu)與方案一、二有所區(qū)別，本系統(tǒng)以偏振調(diào)制器作為關(guān)鍵器件，利用偏振控制器、偏振分束器來控制光的偏振狀態(tài)，采用單模光纖來引入色散，并對偏置電壓V(l進行調(diào)節(jié)，然后用波分復(fù)用器分路來獲得兩路不同的功率衰落函數(shù)，在電處理模塊中將這兩路函數(shù)作比，最終可以得到可調(diào)的幅度比較函數(shù)（ACF)曲線。系統(tǒng)只需要可精確調(diào)節(jié)得直流電壓源，相對偏振角度的調(diào)節(jié)方式來說更容易實現(xiàn)，調(diào)節(jié)效果也更好。并且，系統(tǒng)所獲得的ACF曲線從低頻部分開始就一直比較陡，這樣利于獲得高精度的測量結(jié)果。即使測量范圍擴大，測量的精度也不會急劇降低，能保證在整個測量范圍內(nèi)滿足較高的測量精度要求，在一定程度上解決了權(quán)衡問題的不良影響。本瞬時頻率測量系統(tǒng)可以對頻率范圍2GHz~20.2GHz的微波信號頻率進行高精度的測量，具有很高的商用價值。[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案：[0005]一種偏置電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)，其特征在于：該測量系統(tǒng)包括，第一連續(xù)波激光器、第二連續(xù)波激光器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振控制器、偏振分束器、偏振調(diào)制器、射頻信號源、偏置電壓源、線偏振片、單模光纖、波分復(fù)用器，第一光電探測器、第二光電探測器、電處理模塊；具體連接方式為：[0006]第一連續(xù)波激光器的光輸出端接第一偏振控制器的光輸入端，第二連續(xù)波激光器的光輸出端接第二偏振控制器的光輸入端，第一偏振控制器的光輸出端接偏振分束器的第一光輸入端，第二偏振控制器的光輸出端接偏振分束器的第二光輸入端，偏振分束器的光輸出端接第三偏振控制器的光輸入端，第三偏振控制器的光輸出端接偏振調(diào)制器的光輸入端，射頻信號源的輸出端接偏振調(diào)制器的射頻輸入端，偏置電壓源的輸出端接偏振調(diào)制器的偏置輸入端，偏振調(diào)制器的光輸出端接第四偏振控制器的光輸入端，第四偏振控制器的光輸出端接線偏振片的輸入端，線偏振片的輸出端接單模光纖的輸入端，單模光纖的輸出端接波分復(fù)用器的輸入端，波分復(fù)用器的第一輸入端接第一光電探測器的輸入端，波分復(fù)用器的第二輸入端接第二光電探測器的輸入端，第一光電探測器的輸入端接電處理模塊的第一輸入端，第二光電探測器的輸出端接電處理模塊的第二輸入端。[0007]第一偏振控制器的輸出角度a和第二偏振控制器的輸出角度|3滿足正交偏振關(guān)系，使a+0=90。；[0008]第三偏振控制器的輸出角度0，0=45°;[0009]偏振調(diào)制器具有互補相位調(diào)制深度，分別為+m和-m，其中m取值要滿足小信號調(diào)制，0?Km<0?3;[0010]偏振調(diào)制器的半波電壓^，半波電壓范圍為2V彡6V[0011]調(diào)節(jié)射頻信號源輸出信號頻率f，頻率范圍為2GHz彡f彡20.2GHz;[0012]調(diào)節(jié)第四偏振控制器的輸出相位〇，〇=10°;[0013]設(shè)定單模光纖的色散值Dw=17ps/km?nm,長度L=2km。[0014]經(jīng)過上述設(shè)置，由電處理模塊輸出的幅度比較函數(shù)與偏置電壓％有關(guān)，V。為偏置電壓源的輸出電壓值，電壓值范圍為(KV/Vp通過改變％可以得到不同的幅度比較函數(shù)。[0015]本發(fā)明的具體工作原理如下：[0016]兩個正交且波長間隔很小的光載波與輸入的射頻微波信號共同作用，在小信號調(diào)制條件下，從調(diào)制器輸出后得到的光場表達式為【主權(quán)項】1.一種偏置電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)，其特征在于：該測量系統(tǒng)包括，第一連續(xù)波激光器（11)、第二連續(xù)波激光器（12)、第一偏振控制器（21)、第二偏振控制器（22)、第三偏振控制器（23)、第四偏振控制器（24)、偏振分束器（3)、偏振調(diào)制器（4)、射頻信號源(5)、偏置電壓源（6)、線偏振片（7)、單模光纖（8)、波分復(fù)用器（9)，第一光電探測器（101)、第二光電探測器（102)、電處理模塊（13);具體連接方式為：第一連續(xù)波激光器（11)的光輸出端接第一偏振控制器（21)的光輸入端，第二連續(xù)波激光器（12)的光輸出端接第二偏振控制器（22)的光輸入端，第一偏振控制器（21)的光輸出端接偏振分束器（3)的第一光輸入端（31)，第二偏振控制器（22)的光輸出端接偏振分束器（3)的第二光輸入端（32)，偏振分束器（3)的光輸出端接第三偏振控制器（23)的光輸入端，第三偏振控制器（23)的光輸出端接偏振調(diào)制器（4)的光輸入端（41)，射頻信號源（5)的輸出端接偏振調(diào)制器（4)的射頻輸入端（42)，偏置電壓源（6)的輸出端接偏振調(diào)制器（4)的偏置輸入端（43)，偏振調(diào)制器（4)的光輸出端接第四偏振控制器（24)的光輸入端，第四偏振控制器（24)的光輸出端接線偏振片（7)的輸入端，線偏振片（7)的輸出端接單模光纖（8)的輸入端，單模光纖（8)的輸出端接波分復(fù)用器（9)的輸入端，波分復(fù)用器（9)的第一輸入端（91)接第一光電探測器（101)的輸入端，波分復(fù)用器（9)的第二輸入端（92)接第二光電探測器（102)的輸入端，第一光電探測器（101)的輸入端接電處理模塊(13)的第一輸入端（131)，第二光電探測器（102)的輸出端接電處理模塊（13)的第二輸入端（132)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)，其特征在于：第一偏振控制器（21)的輸出角度a和第二偏振控制器（22)的輸出角度0滿足正交偏振關(guān)系，使a+0=90。；第三偏振控制器（23)的輸出角度0，0=45°;偏振調(diào)制器（3)具有互補相位調(diào)制深度，分別為+m和-m，其中m取值要滿足小信號調(diào)制，0?Km<0?3;偏振調(diào)制器（3)的半波電壓Vn，半波電壓范圍為2V彡VnS6V;調(diào)節(jié)射頻信號源（4)輸出信號頻率f，頻率范圍為2GHz彡f彡20.2GHz;調(diào)節(jié)第四偏振控制器（24)的輸出相位〇，〇=10°;設(shè)定單模光纖（8)的色散值Dw=17ps/km?nm,長度L=2km。經(jīng)過上述設(shè)置，由電處理模塊（13)輸出的幅度比較函數(shù)與偏置電壓Vtl有關(guān)，Vtl為偏置電壓源（5)的輸出電壓值，電壓值范圍為(KVc^Vn.通過改變Vtl可以得到不同的幅度比較函數(shù)?！緦＠恳环N偏置電壓控制的可調(diào)瞬時頻率測量系統(tǒng)，涉及微波光子學(xué)領(lǐng)域，首先第一連續(xù)波激光器(11)和第二連續(xù)波激光器(12)分別接第一偏振控制器(21)和第二偏振控制器(22)，隨后第一偏振控制器(21)和第二偏振控制器(22)分別接偏振分束器(3)，偏振分束器(3)接第三偏振控制器(23)，接下來，第三偏振控制器(23)、射頻信號源(5)以及偏置電壓源(6)分別接入偏振調(diào)制器(4)的光輸入端(41)、射頻輸入端(42)以及偏置輸入端(43)，偏振調(diào)制器(4)的輸出接第四偏振控制器(24)，第四偏振控制器(24)接線偏振片(7)，線偏振片(7)接單模光纖(8)，并且通過波分復(fù)用器(9)進行分路，第一、第二光電探測器(101、102)分別探測分開的兩路信號并輸出到電處理模塊(13)的第一、第二輸入端(131、132)，從而獲得幅度比較函數(shù)?！綢PC分類】G01R23-12【公開號】CN104849550【申請?zhí)枴緾N201510292145【發(fā)明人】李月琴,裴麗,李晶,鄭晶晶,王一群,翁思俊,袁瑾,唐宇【申請人】北京交通大學(xué)【公開日】2015年8月19日【申請日】2015年6月1日