專利名稱：基于光梳的偏振復用信道化接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波光子信號處理的技術領域，其是用于實時測量寬帶射頻信號的頻譜特性，能夠產生高精度的射頻信號頻率譜，特別涉及一種基于光梳的偏振復用信道化接收機。
背景技術：
在現(xiàn)代軍用雷達系統(tǒng)中，對寬帶射頻信號頻譜的實時監(jiān)測與測量是必不可少的一個重要部分。然而，由于電子器件的實時帶寬有限，直接的全頻譜實時監(jiān)測到目前為止還無法實現(xiàn)。因此，目前通用的射頻頻譜實時監(jiān)測分為兩步進行。首先，對寬帶射頻信號進行信道化接收，即將寬帶頻譜劃分為多個子帶，然后對其并行接收；其次，對信道化接收后的信號進行模數(shù)轉換并且進行后續(xù)的數(shù)字信號處理。其中，信道化接收機作為預處理環(huán)節(jié)對整個系統(tǒng)的性能有著舉足輕重的作用。 傳統(tǒng)的純電子信道化接收機需要用到大量的射頻濾波器或介電諧振器。這就導致了系統(tǒng)極為龐大且成本高昂。另外，純電子的信道化接收機受電子器件帶寬限制，很難滿足現(xiàn)代軍用雷達的帶寬要求。近年來，多種采用光子技術的射頻信號信道化接收機被提出并受到了廣泛的關注。相比于純電子學的方法，光子射頻信號信道化接收機的實時帶寬極大、系統(tǒng)輕便、成本低廉，其在雷達系統(tǒng)中的應用前景十分廣闊。光子射頻信號信道化接收機的種類繁多，有的基于單一光源與布拉格光柵，有的基于多個分立光源與單個光濾波器，有的基于周期濾波的自發(fā)輻射噪聲信號與單個標準具，還有的基于光梳等等。其中基于光梳的信道化接收機優(yōu)勢明顯1)由于光梳固有的相干特性，這種方案可實現(xiàn)極高信噪比的信道化接收；2)僅利用一個光濾波器，系統(tǒng)簡單；3)光梳頻率間隔穩(wěn)定，因此光梳與光濾波器之間的頻率間隔對準十分簡便。然而，基于光梳的信道化接收機目前存在測量范圍不足的問題，這一問題的根源在于，現(xiàn)有的光梳產生方法難于產生大量功率平坦的等頻率間隔的光譜分量。例如，采用參量混頻的光梳產生法只能產生10根光譜分量，其功率波動較大(約7dB);基于微碟的非線性光梳產生法可以產生100根左右的光譜分量，但是其功率波動接近IOdB ;外調制光梳產生法可以產生功率波動極小的光梳，但是其光譜分量的數(shù)目有限且需要極大的射頻驅動功率。目前急需一種新的技術以解決這一缺陷。

發(fā)明內容
針對上述基于光梳的信道化接收機所存在的缺點，本發(fā)明將偏振復用技術引入基于光梳的信道化接收機，從而在不改變光梳光譜分量數(shù)目的基礎上，提高測量范圍及測量精度。本發(fā)明提供一種基于光梳的偏振復用信道化接收機，包括一平坦光梳發(fā)生器，其光梳梳齒的頻率間隔嚴格對應于平坦光梳發(fā)生器內的微波源的中心頻率；
一光強度調制器，該光強度調制器的光第一輸入端口與平坦光梳發(fā)生器的輸出端連接，待測寬帶RF信號通過光強度調制器的電第三輸入端口調制在初始光梳上；—光稱合器，該光稱合器的第一輸入端口與光強度調制器的光第二輸出端口連接，該光耦合器的輸出端口分為兩路；—聲光調制器，該聲光調制器的 第一光輸入端口與光稱合器的第二輸出端口連接；一可變衰減器，該可變衰減器的第一輸入端口與光耦合器的第三輸出端口連接；—第一偏振控制器,該第一偏振控制器的第一輸入端口與可變衰減器的第二輸出端口連接；—第二偏振控制器,該第二偏振控制器的第一輸入端口與聲光調制器的第二光輸出端口連接；—偏振合束器，該偏振合束器的第一輸入端口與第一偏振控制器的第二輸出端口連接，該偏振合束器的第二輸入端口與第二偏振控制器的第二輸出端口連接；— F-P標準具,該F-P標準具的第一輸入端口與偏振合束器的第三輸出端口連接;—第三偏振控制器,該第三偏振控制器的第一輸入端口與F-P標準具的第二輸出端口連接；—偏振分束器，該偏振分束器的第一輸入端口與第三偏振控制器的第二輸出端口連接；—第一波分復用器和一第二波分復用器，該第一波分復用器的第一輸入端口與偏振分束器的第二輸出端口連接，該第二波分復用器的第一輸入端口與偏振分束器的第三輸出端口連接；一第一光電探測器陣列和一第二光電探測器陣列，該第一光電探測器陣列的第一輸入端與第一波分復用器的第二輸出端口陣列連接，該第二光電探測器陣列的第一輸入端與第二波分復用器的第二輸出端口陣列連接。


為進一步說明本發(fā)明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖I是本發(fā)明基于光梳的偏振復用信道化接收機原理示意圖；圖2是F-P標準具濾波原理示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I所示，本發(fā)明提供一種基于光梳的偏振復用信道化接收機，包括一平坦光梳發(fā)生器10，其光梳的頻率間隔嚴格對應于平坦光梳發(fā)生器10內的微波源e的中心頻率；一光強度調制器g，該光強度調制器g的第一光輸入端口 I與平坦光梳發(fā)生器10的輸出端連接，待測寬帶RF信號通過光強度調制器g的第三電輸入端口 3調制在初始光梳上；—光稱合器h,該光稱合器h的第一輸入端口 I與光強度調制器g的第二光輸出端口 2連接，該光耦合器h的輸出端口分為兩路，所述由光耦合器h為50:50的光耦合器，所述分為兩路的光耦合器h，對其中一路光梳使用聲光調制器i移頻，通過調整偏振控制器k和偏振控制器1，使兩路光梳在偏振方向上相互垂直，不產生干涉作用；—聲光調制器i，該聲光調制器i的第一光輸入端口 I與光稱合器h的第二輸出端口 2連接；一可變衰減器j，該可變衰減器j的第一輸入端口 I與光耦合器g的第三輸出端口3連接；—第一偏振控制器k,該第一偏振控制器k的第一輸入端口 I與可變衰減器j的第二輸出端口 2連接；
—第二偏振控制器I，該第二偏振控制器I的第一輸入端口 I與聲光調制器g的第二光輸出端口 2連接；—偏振合束器η,該偏振合束器η的第一輸入端口 I與第一偏振控制器k的第二輸出端口 2連接，該偏振合束器η的第二輸入端口 2與第二偏振控制器I的第二輸出端口2連接,該偏振合束器η將兩路偏振垂直的光梳稱合入同一根光纖；— F-P標準具O,該F-P標準具ο的第一輸入端口 I與偏振合束器η的第三輸出端口 3連接，F(xiàn)-P標準具ο對輸入的偏振垂直的光梳同時進行濾波；—第三偏振控制器m,該第三偏振控制器m的第一輸入端口 I與F-P標準具ο的第二輸出端口 2連接；—偏振分束器P，該偏振分束器P的第一輸入端口 I與第三偏振控制器m的第二輸出端口 2連接；—第一波分復用器q和一第二波分復用器r,該第一波分復用器q的第一輸入端口 I與偏振分束器P的第二輸出端口 2連接,該第二波分復用器r的第一輸入端口 I與偏振分束器P的第三輸出端口 3連接；—第一光電探測器陣列s和一第二光電探測器陣列t，該第一光電探測器陣列s的第一輸入端I與第一波分復用器q的第二輸出端口陣列2連接，該第二光電探測器陣列t的第一輸入端I與第二波分復用器r的第二輸出端口陣列2連接。圖2為從偏振合束器η輸出的正交的兩束光梳經F-P標準具ο濾波后以頻率為橫坐標的原理示意圖，其中FSRF-P標準具F_P標準具ο的自由光譜范圍(FSR)；FSRcombO :初始光梳的 FSR ；fl_c、f2_c和f3_c :位于X偏振方向上的光梳相鄰梳齒的中心頻率；Λ f :位于X和Y偏振方向上的兩個光梳的移頻變化量。如圖I所示，該設計方案中，利用一平坦光梳發(fā)生器10產生初始的平坦光梳。平坦光梳發(fā)生器10產生3dB帶寬符合WDM信道標準且平坦的初始光梳，該光梳再通過調整微波源e調制信號的幅值使其滿足紋波功率小于ldB，之后，光梳經過光強度調制器g被捕捉到的寬帶射頻信號調制，得到被調制的光梳。該經過耦合器h產生50:50分光后的上下兩路光梳，其中上路經過可變衰減器j產生一定衰減，通過調整第一偏振控制器k使其偏振方向對準偏振合束器η第一入射端口 I的保偏方向。由于只是使用聲光調制器i產生了移頻，兩子光梳等價于頻域的簡單搬移和復制，一聲光調制器i對其中一路光梳產生-Af的移頻量；同時使F-P標準具ο的自由光譜范圍(FSR)等于初始光梳的FSR與2 Λ f之和，即FSRF-P標準具=FSRcombO+2 Λ f，如圖2所示。下路經過i產生特定頻移后，調整第二偏振控制器I使其偏振方向對準偏振合束器η第二入射端口 2的保偏方向,偏振合束后的兩束光梳分別含有待測信息且相互垂直互不干涉，讓F-P標準具ο的第一個濾波窗口的中心頻率(fF-P標準具l_c)與上路未經移頻的光梳的第一條梳齒的中心頻率(fl_c)滿足fF-P標準具l_c = fl_c+Af。經過以上光路調整后，F(xiàn)-P標準具ο可以濾出相同光頻率下相互垂直的兩個不同的射頻信道的信息在光纖X軸偏振方向上，可以濾出奇數(shù)倍子信道Af、3 Λ f、5 Λ f···;在光纖Y軸偏振方向上，可以濾出偶數(shù)倍子信道2 Δ f、4 Δ f、6 Δ f···，經F_P標準具o濾波后調整第三偏振控制器m使兩束光梳的偏振方向與偏振分束器P分束后兩輸出端口 I和2的保偏方向重合，通過第一波分復用器q和r濾出每一子信道后由H)陣列s和t完成光電轉換探測得到待測RF信號的頻率譜，即信道化接收信號；從圖2中還可以看出，由于Af剛好是子信道的寬度，因此，我們的系統(tǒng)通過偏振復用技術，在測量精度不變的情況下，將單一光梳的量程范圍擴展了 I倍。從另一方面看，若測量范圍不變，則該系統(tǒng)可將測量精度提高一倍。 以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種基于光梳的偏振復用信道化接收機，包括 一平坦光梳發(fā)生器，其光梳梳齒的頻率間隔嚴格對應于平坦光梳發(fā)生器內的微波源的中心頻率； 一光強度調制器，該光強度調制器的光第一輸入端口與平坦光梳發(fā)生器的輸出端連接，待測寬帶RF信號通過光強度調制器的電第三輸入端口調制在初始光梳上； 一光稱合器，該光稱合器的第一輸入端口與光強度調制器的光第二輸出端口連接，該光耦合器的輸出端口分為兩路； 一聲光調制器，該聲光調制器的第一光輸入端口與光稱合器的第二輸出端口連接； 一可變衰減器，該可變衰減器的第一輸入端口與光耦合器的第三輸出端口連接； 一第一偏振控制器，該第一偏振控制器的第一輸入端口與可變衰減器的第二輸出端口連接； 一第二偏振控制器，該第二偏振控制器的第一輸入端口與聲光調制器的第二光輸出端口連接； 一偏振合束器，該偏振合束器的第一輸入端口與第一偏振控制器的第二輸出端口連接，該偏振合束器的第二輸入端口與第二偏振控制器的第二輸出端口連接； 一 F-P標準具,該F-P標準具的第一輸入端口與偏振合束器的第三輸出端口連接； 一第三偏振控制器,該第三偏振控制器的第一輸入端口與F-P標準具的第二輸出端口連接； 一偏振分束器，該偏振分束器的第一輸入端口與第三偏振控制器的第二輸出端口連接; 一第一波分復用器和一第二波分復用器，該第一波分復用器的第一輸入端口與偏振分束器的第二輸出端口連接，該第二波分復用器的第一輸入端口與偏振分束器的第三輸出端口連接； 一第一光電探測器陣列和一第二光電探測器陣列，該第一光電探測器陣列的第一輸入端與第一波分復用器的第二輸出端口陣列連接，該第二光電探測器陣列的第一輸入端與第二波分復用器的第二輸出端口陣列連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于光梳的偏振復用信道化接收機，其中由光耦合器為50 50的光耦合器。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于光梳的偏振復用信道化接收機，其中分為兩路的光耦合器，對其中一路光梳使用聲光調制器移頻，通過調整偏振控制器和偏振控制器，使兩路光梳分別對準偏振合束器的輸入端口的慢軸，以保證兩束光在偏振方向上相互垂直，不產生干涉作用。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于光梳的偏振復用信道化接收機，其中偏振合束器將兩路偏振垂直的光梳耦合入同一根光纖，F(xiàn)-P標準具對這兩路偏振垂直的光梳同時進行濾波，濾波后的信號經過偏振分束器分束并分別接入第一波分復用器和第二波分復用器，最終由第一光電探測器陣列和第二電探測器陣列進行光電轉換，得到信道化的寬帶RF信號。
全文摘要
一種基于光梳的偏振復用信道化接收機，包括一平坦光梳發(fā)生器；一光強度調制器，其與平坦光梳發(fā)生器連接；一光耦合器，該其與光強度調制器連接；一聲光調制器，其與光耦合器連接；一可變衰減器，其與光耦合器連接；一第一偏振控制器，其與可變衰減器連接；一第二偏振控制器，其與聲光調制器連接；一偏振合束器，與第一偏振控制器連接；一F-P標準具，其與偏振合束器連接；一第三偏振控制器，其與F-P標準具連接；一偏振分束器，其與第三偏振控制器連接；分別與偏振分束器連接；一第一光電探測器陣列和一第二光電探測器陣列，分別與第一波分復用器和第二波分復用器連接。其是在不改變光梳光譜分量數(shù)目的基礎上，提高測量范圍及測量精度。
文檔編號H04B10/60GK102904646SQ20121033303
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權日2012年9月10日
發(fā)明者王輝, 王禮賢, 鄭建宇, 祝寧華, 謝亮 申請人:中國科學院半導體研究所