基于全光積分器的三角形脈沖信號產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置，該裝置包括：多波長激光器、第一強度調(diào)制器，第一碼型發(fā)生器，光濾波器，光放大器，光纖，第二強度調(diào)制器，第二碼型發(fā)生器，可調(diào)色散補償器，光電探測器和采樣示波器。本發(fā)明采用全光信號處理方案，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，響應速度快，功率損耗小，克服了傳統(tǒng)電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢。
【專利說明】基于全光積分器的三角形脈沖信號產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波光子學【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說是一種基于全光積分器的三角形脈沖信號產(chǎn)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，基于光子技術(shù)產(chǎn)生任意波形信號的技術(shù)吸引了許多領(lǐng)域研究人員廣泛的關(guān)注，其中包括現(xiàn)代雷達和天線、射頻通信系統(tǒng)、電子測試系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、以及全光信號處理和操縱等領(lǐng)域，微波技術(shù)與光子技術(shù)相互融合成為科技進步的必然趨勢，其中，基于光子技術(shù)產(chǎn)生三角形脈沖微波信號具有獨特的重要性。利用光子技術(shù)產(chǎn)生脈沖信號，一方面克服了電子技術(shù)產(chǎn)生三角形脈沖微波信號存在的電子瓶頸，另一方面充分利用了光子技術(shù)的先天優(yōu)勢，如損耗低、重量輕、帶寬大、速度快、抗電磁干擾和頻率響應平坦等諸多優(yōu)點。
[0003]產(chǎn)生高質(zhì)量的三角形脈沖微波信號是一些微波應用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。基于光子技術(shù)產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號可以無縫的與全光信號處理技術(shù)以及光載射頻系統(tǒng)進行融合，大大降低了電子技術(shù)產(chǎn)生三角形脈沖微波信號的成本以及體積和重量，光子技術(shù)產(chǎn)生三角形脈沖微波信號實現(xiàn)了微波技術(shù)不可能實現(xiàn)的任務(wù)。因此，基于光子技術(shù)產(chǎn)生脈帶可調(diào)諧以及占空比可調(diào)諧的三角形脈沖微波信號具有重要的戰(zhàn)略意義以及迫切的應用需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置，以克服傳統(tǒng)電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于全光積分器的三角形脈沖信號產(chǎn)生裝置，該裝置包括:多波長激光器、第一強度調(diào)制器，第一碼型發(fā)生器，光濾波器，光放大器，光纖，第二強度調(diào)制器，第二碼型發(fā)生器，可調(diào)色散補償器，光電探測器和采樣示波器，其中:
[0006]所述多波長激光器用于向第一強度調(diào)制器提供連續(xù)多波長光載波信號；
[0007]所述第一碼型發(fā)生器與所述第一強度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生電信號并輸出至所述第一強度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號；
[0008]所述第一強度調(diào)制器用于根據(jù)所述調(diào)制信號對于接收到的連續(xù)多波長光載波信號進行強度調(diào)制，將時間上連續(xù)的光載波信號調(diào)制為時間上分立的光載波信號，并提供給光濾波器；
[0009]所述光濾波器用于對于接收到的光載波信號進行光譜整形；
[0010]所述光放大器用于將光譜整形后的光載波信號進行放大，以補償連續(xù)光信號功率的衰減，并輸出至光纖；
[0011]所述光纖用于拉伸接收到的光載波信號的持續(xù)時間；
[0012]所述第二碼型發(fā)生器與所述第二強度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生離散方波脈沖信號，并輸出至所述第二強度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號；
[0013]所述第二強度調(diào)制器與所述光纖連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號對于接收到的光載波信號進行強度調(diào)制，即為時域上色散開的多波長光載波信號中每一個波長的光載波信號加載方波信號，并將加載方波信號后的光信號提供給可調(diào)色散補償器；
[0014]所述可調(diào)色散補償器用于調(diào)節(jié)接收到的光信號出現(xiàn)的時間差，利用全光積分原理對于時間上重疊的信號進行強度疊加；
[0015]所述光電探測器用于將接收到的光信號進行光電轉(zhuǎn)換，得到三角形脈沖微波信號;
[0016]所述采樣示波器用于測量產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號，觀測所述微波信號的時域波形。
[0017]其中，所述離散方波脈沖信號的占空比和脈寬可調(diào)諧。
[0018]其中，所述可調(diào)色散補償器在光載波信號中心波長左右的色散值相反。
[0019]其中，所述光纖為單模光纖、色散補償光纖或啁啾光纖光柵。
[0020]其中，所述多波長激光器為半導體激光器或光纖激光器。
[0021]其中，所述多波長激光器由光學頻率梳或脈沖激光器來代替。
[0022]其中，所述強度調(diào)制器采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物制作。
[0023]其中，所述光濾波器由基于硅基液晶技術(shù)的波形整形器、波分復用器、光纖光柵或可編程波形整形器來代替。
[0024]其中，所述可調(diào)色散補償器為啁啾光纖光柵。
[0025]其中，所述光電探測器為光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料來制作。
[0026]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]1、本發(fā)明提供的基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置，由于采用全光信號處理的方案，所以克服了傳統(tǒng)電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢；
[0028]2、本發(fā)明提供的基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置，由于利用全光積分器來實現(xiàn)三角形脈沖微波信號的產(chǎn)生，所以結(jié)構(gòu)簡單，成本低，全光處理不涉及到電光轉(zhuǎn)化，響應速度快，功率損耗小，可以產(chǎn)生任意脈寬以及任意占空比的脈沖微波信號。另外，本發(fā)明技術(shù)方案的相關(guān)器件均為市場上可以購買的器件，故本發(fā)明技術(shù)方案可以實現(xiàn)實用化，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置的原理示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置的實驗結(jié)果示意圖。

【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0033]本發(fā)明提供的基于全光積分器的角形脈沖信號產(chǎn)生三裝置，利用全光積分器產(chǎn)生三角形脈沖微波信號。多波長光源發(fā)出的多波長光載波信號在時域上是連續(xù)的，首先通過強度調(diào)制器將時域上連續(xù)的光載波信號斬斷為時域上分立的光載波信號，然后通過光纖進行持續(xù)時間的拉伸，時域上分立的光載波信號入射到強度調(diào)制器加載方波信號，此時每一個光載波加載一套方波信號，方波信號的脈寬以及占空比都可以調(diào)節(jié)，然后將強度調(diào)制之后的光信號入射到色散補償模塊進行色散補償即色散管理，此處的色散補償模塊需要滿足在光載波信號中心波長X1處色散值為O,大于X1和小于λ i的色散值要相反，因為全光積分器的積分過程中，光信號的強度只會增加不會減小，所以X1的左右兩個方向的群速度色散值要相反，這樣才可以產(chǎn)生三角形脈沖的正負邊沿。
[0034]圖1是本發(fā)明基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述裝置包括:多波長激光器1、第一強度調(diào)制器2，第一碼型發(fā)生器3，光濾波器4，光放大器5，光纖6，第二強度調(diào)制器7，第二碼型發(fā)生器8，可調(diào)色散補償器9，光電探測器10和采樣示波器11，其中:
[0035]所述多波長激光器I用于向第一強度調(diào)制器2提供連續(xù)多波長光載波信號；
[0036]所述第一碼型發(fā)生器3與所述第一強度調(diào)制器2連接，用于產(chǎn)生電信號并輸出至所述第一強度調(diào)制器2的射頻端口，作為調(diào)制信號；
[0037]所述第一強度調(diào)制器2用于根據(jù)所述調(diào)制信號對于接收到的連續(xù)多波長光載波信號進行強度調(diào)制，將時間上連續(xù)的光載波信號調(diào)制為時間上分立的光載波信號，并提供給光濾波器4 ；
[0038]所述光濾波器4用于對于接收到的光載波信號進行光譜整形；
[0039]所述光放大器5用于將光譜整形后的光載波信號進行放大，以補償連續(xù)光信號功率的衰減，并輸出至光纖6 ;
[0040]所述光纖6用于拉伸接收到的光載波信號的持續(xù)時間，所拉伸的長度與后續(xù)強度調(diào)制的速率有關(guān)；
[0041 ] 所述第二碼型發(fā)生器8與所述第二強度調(diào)制器7連接，用于產(chǎn)生一定占空比以及一定碼寬的離散方波脈沖信號，并輸出至所述第二強度調(diào)制器7的射頻端口，作為調(diào)制信號，其中，所述離散方波脈沖信號的占空比和脈寬可調(diào)諧；
[0042]所述第二強度調(diào)制器7與所述光纖6連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號對于接收到的光載波信號進行強度調(diào)制，即為時域上色散開的多波長光載波信號中每一個波長的光載波信號加載方波信號，并將加載方波信號后的光信號提供給可調(diào)色散補償器9 ；
[0043]所述可調(diào)色散補償器9用于調(diào)節(jié)接收到的光信號出現(xiàn)的時間差，使其出現(xiàn)時間上的重疊，并對于時間上重疊的信號進行強度疊加，實現(xiàn)全光積分；
[0044]需要注意的是，所述可調(diào)色散補償器9在光載波信號的中心波長λ i左右的色散值要相反，比如在光載波信號中心波長X1處的色散值為0，大于X1和小于X1處的色散值相反。這是因為全光積分器在積分過程中，光信號的強度只會增加不會減小，所以中心波長λ !的左右兩個方向的群速度色散值要相反，這樣才可以產(chǎn)生三角形脈沖的正負邊沿。
[0045]所述光電探測器10用于將接收到的光信號進行光電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，得到三角形脈沖微波信號；
[0046]所述采樣示波器11用于測量產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號，觀測所述微波信號的時域波形。
[0047]其中，所述多波長激光器I可以是半導體激光器或光纖激光器，也可以使用光學頻率梳或脈沖激光器來代替。
[0048]所述強度調(diào)制器2、7可以采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物(如硅基調(diào)制器、磷化銦調(diào)制器以及II1- V型調(diào)制器)或有機聚合物(如石墨烯調(diào)制器)制作。
[0049]所述碼型發(fā)生器3、8可以是方波碼型發(fā)生器也可以是任意波形發(fā)生器。
[0050]所述光濾波器4可以由基于硅基液晶技術(shù)的波形整形器、波分復用器、光纖光柵或可編程波形整形器來代替。
[0051]所述光纖6可以是標準單模光纖、色散補償光纖或啁啾光纖光柵。
[0052]所述可調(diào)色散補償器9可以是一段特種光纖、啁啾光纖光柵或者可調(diào)色散補償模塊。
[0053]所述光電探測器10可以是光電二極管或光電倍增管，可采用磷化銦材料或硅基材料來制作。
[0054]所述采樣示波器11可采用泰克的采樣示波器也可采用安捷倫的采樣示波器，如果產(chǎn)生微波信號的相位很穩(wěn)定時可以應用實時示波器來采集。
[0055]所述三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置工作時，多波長激光器輸出的多波長光載波信號首先入射到強度調(diào)制器進行強度調(diào)制，將時域連續(xù)的光載波信號斬斷為時域離散的光載波信號。然后該光載波信號入射到光濾波器，進行光譜整形，整形后的光譜入射到光放大器，來補償光功率的衰減。然后光信號入射到光纖實現(xiàn)持續(xù)時間的拉伸，之后光載波信號入射到第二強度調(diào)制器實現(xiàn)方波信號的加載，即每一個光載波信號加載一組脈寬和占空比均可調(diào)諧的方波信號。加載方波信號后的光信號入射到可調(diào)色散補償器實現(xiàn)三角波信號的產(chǎn)生，其中可調(diào)色散補償器在光載波的中心波長λ 右的色散值要求相反，這樣就可以利用時間積分的方法實現(xiàn)三角形微波脈沖的產(chǎn)生。
[0056]圖2(a)-圖2(f)給出了本發(fā)明基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置的原理示意圖，首先多波長激光器輸出多個光載波信號，如圖2(a)所示，其中，光載波信號的中心波長為X1 ;隨后將時間上連續(xù)的光載波信號色散為時間上分立的光載波信號，如圖2(b)所示；然后將每一個波長的光載波信號上加載離散的方波信號，方波信號的占空比和脈寬可調(diào)諧，如圖2(c)-圖2(e)所示；然后通過色散補償器實現(xiàn)方波脈沖的光強度疊加，疊加之后的光脈沖信號即為三角形脈沖微波信號，如圖2(f)所示。
[0057]圖3為利用本發(fā)明基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的脈寬和占空比可調(diào)的三角形脈沖微波信號示意圖，該圖為類似結(jié)果圖，其中，圖3(a)和圖3(c)所示為脈寬和占空比不同的調(diào)制方波脈沖，圖3(b)和圖3(d)所示分別為利用圖3(a)和圖3(c)所示脈沖調(diào)制的、通過采樣示波器采集得到的三角形脈沖微波信號的時域波形，由圖3可知，本發(fā)明所產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號的正斜率和負斜率的絕對值相等，波形鏡像對稱。
[0058]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于全光積分器的三角形脈沖微波信號產(chǎn)生裝置，其特征在于，該裝置包括:多波長激光器、第一強度調(diào)制器，第一碼型發(fā)生器，光濾波器，光放大器，光纖，第二強度調(diào)制器，第二碼型發(fā)生器，可調(diào)色散補償器，光電探測器和采樣示波器，其中: 所述多波長激光器用于向第一強度調(diào)制器提供連續(xù)多波長光載波信號； 所述第一碼型發(fā)生器與所述第一強度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生電信號并輸出至所述第一強度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號； 所述第一強度調(diào)制器用于根據(jù)所述調(diào)制信號對于接收到的連續(xù)多波長光載波信號進行強度調(diào)制，將時間上連續(xù)的光載波信號調(diào)制為時間上分立的光載波信號，并提供給光濾波器； 所述光濾波器用于對于接收到的光載波信號進行光譜整形； 所述光放大器用于將光譜整形后的光載波信號進行放大，以補償連續(xù)光信號功率的衰減，并輸出至光纖； 所述光纖用于拉伸接收到的光載波信號的持續(xù)時間； 所述第二碼型發(fā)生器與所述第二強度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生離散方波脈沖信號，并輸出至所述第二強度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號； 所述第二強度調(diào)制器與所述光纖連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號對于接收到的光載波信號進行強度調(diào)制，即為時域上色散開的多波長光載波信號中每一個波長的光載波信號加載方波信號，并將加載方波信號后的光信號提供給可調(diào)色散補償器； 所述可調(diào)色散補償器用于調(diào)節(jié)接收到的光信號出現(xiàn)的時間差，利用全光積分原理對于時間上重疊的信號進行強度疊加； 所述光電探測器用于將接收到的光信號進行光電轉(zhuǎn)換，得到三角形脈沖微波信號； 所述采樣示波器用于測量產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號，觀測所述微波信號的時域波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述離散方波脈沖信號的占空比和脈寬可調(diào)諧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可調(diào)色散補償器在光載波信號中心波長左右的色散值相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光纖為單模光纖、色散補償光纖或啁啾光纖光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多波長激光器為半導體激光器或光纖激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多波長激光器由光學頻率梳或脈沖激光器來代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述強度調(diào)制器采用鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光濾波器由基于硅基液晶技術(shù)的波形整形器、波分復用器、光纖光柵或可編程波形整形器來代替。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可調(diào)色散補償器為啁啾光纖光柵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光電探測器為光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料來制作。
【文檔編號】H04B10/508GK104333421SQ201410432917
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】王文亭, 李偉, 劉建國, 祝寧華 申請人:中國科學院半導體研究所