專利名稱：一種頻率及脈寬可調(diào)的微波信號生成方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波光子學(xué)、微波信號生成領(lǐng)域，尤其是光子型微波生成技術(shù)。
背景技術(shù)：
高頻微波生成技術(shù)在光載無線通信系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)及傳感網(wǎng)絡(luò)中的一直起著關(guān)鍵 性作用。目前，微波技術(shù)和應(yīng)用中采用和擬采用的微波頻段不斷攀升，這對傳統(tǒng)微波器件是 一個極大的挑戰(zhàn)，因此利用光學(xué)方法產(chǎn)生微波信號成為一個極有吸引力的研究熱點(diǎn)。和傳 統(tǒng)的微波產(chǎn)生方法比較，光子學(xué)方法具有低損耗，高帶寬特性，且不會受到電磁干擾。值得 指出的是，利用光學(xué)方法生成的微波信號頻率往往僅受光電探測器帶寬的限制，因此，在高 頻微波信號生成領(lǐng)域，光學(xué)方法有著一定的優(yōu)勢。就目前的研究進(jìn)展而言，有多種利用光學(xué)方法產(chǎn)生微波信號的方案。其中，利用差 頻光進(jìn)行拍頻以及利用光譜構(gòu)造結(jié)合頻域時域映射的方法是兩種主要的微波信號生成方 案。前者將兩束頻率相近，偏振態(tài)相同的光波同時入射到高頻光探測器上進(jìn)行拍頻，得到的 微波信號頻率由兩束光的頻率差決定。后者利用梳狀濾波器對寬譜光源進(jìn)行光譜構(gòu)造，接 著通過色散介質(zhì)及光探測器進(jìn)行頻域到時域映射，進(jìn)而得到一定頻率的微波信號。需要得指出的是上述兩種技術(shù)路線都只能存在著各自的局限性。前者產(chǎn)生的 微波信號頻率受波長穩(wěn)定性影響，輸入光波長的微小偏移都會導(dǎo)致生成微波信號頻率的變 化，對選用器件要求較高。而后者只能產(chǎn)生固定頻率的微波信號，一旦選用梳狀光濾波器固 定，生成信號頻率也隨之固定。本發(fā)明給出了一種頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，為 高頻微波信號產(chǎn)生提供了更大的自由度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上陳述的已有方案的不足，本發(fā)明旨在提供一種頻率及脈寬可調(diào)的微波信 號產(chǎn)生方案，在保證微波信號頻率穩(wěn)定性的前提下增強(qiáng)產(chǎn)生微波信號特性(包括頻率及脈 寬)的靈活性。本發(fā)明的目的通過如下手段來實(shí)現(xiàn)?！N頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，基于由一個寬帶光源、一個可調(diào)的差 分群時延元件，一個帶寬可調(diào)的光濾波器，及一個頻域到時域映射模塊構(gòu)成的微波產(chǎn)生裝 置；微波信號產(chǎn)生方法為將光源產(chǎn)生的寬譜光注入光譜構(gòu)造模塊中，使用可調(diào)的差分群 時延模塊及光濾波器構(gòu)造目標(biāo)光譜，最后利用頻域到時域映射裝置產(chǎn)生指定頻率及脈寬的 微波信號。超短脈沖源或其它寬帶光源產(chǎn)生的寬譜光經(jīng)過光強(qiáng)度調(diào)制器降頻調(diào)制后，得到周 期較低的超短脈沖序列，將其輸入到光譜構(gòu)造模塊中以得到目標(biāo)光譜，接著通過加入一段 特定長度的單模光纖以引入色散并使用光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成微波信號。其中，光譜 構(gòu)造模塊由可調(diào)的兩個偏振控制器，一個可調(diào)差分群時延元件，一個帶寬可調(diào)光濾波器，一 個起偏器組成。寬譜光經(jīng)過低頻信號調(diào)制后降低脈沖重復(fù)周期，使得光譜更平坦，接著輸入
3群速度時延元件在兩個正交偏振態(tài)間引入一定大小時延，并在偏振片處發(fā)生偏光干涉，產(chǎn) 生梳狀濾波效果，使得寬帶光譜呈余弦型變化，其后使用光濾波器限制光譜寬度，最后經(jīng)過 一段單模光纖進(jìn)行頻域時域映射，即可得到所需微波信號。由于生成微波信號頻率取決于 引入的差分群時延及光纖色散量，因此在后端光纖長度確定的情況下，通過改變差分群時 延量可以控制產(chǎn)生的信號頻率；同樣的，產(chǎn)生的微波碼元寬度取決于光譜寬度及色散量大 小，通過改變光濾波器帶寬可以控制產(chǎn)生的信號脈寬。經(jīng)過以上設(shè)計后，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)在不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝置的基礎(chǔ)上，生 成的微波信號頻率及脈寬可根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)節(jié)，增加了光生微波技術(shù)的靈活性。


如下圖1.本發(fā)明方案的系統(tǒng)框圖。圖2.光譜構(gòu)造模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖3.在差分群時延為40ps，濾波器帶寬為3nm情況下，得到的(a)信號光譜；(b)
微波信號。圖4.保持差分群時延在40ps，改變光濾波器帶寬得到的微波信號(a)濾波器帶 寬為2. Inm ； (b)濾波器帶寬為1. 2nm。圖5.改變差分群時延大小得到的不同頻率的微波信號(a)差分群時延為18ps ； (b)差分群時延為95ps。圖6. (a)生成的微波信號頻率隨差分群時延的變化曲線；(b)信號脈寬隨光濾波 器帶寬的變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，本發(fā)明方案由一個超短脈沖光源10，一個光調(diào)制器20，光譜構(gòu)造模塊 30，一段單模光纖40，和一個光電探測器50構(gòu)成。由超短脈沖激光器10輸出的光脈沖具有高斯型包絡(luò)，其時域描述可以用下式表 示
2Α(ω)= Cexp(- ^7)(1)
τ其中，τ表示超短脈沖激光器帶寬。此信號輸入到光譜構(gòu)造器件后(如圖2)，前 端偏振控制器31將信號偏振態(tài)保持與差分群時延元件32主軸成45度夾角，沿著兩主軸傳 輸?shù)男盘柟庵g將產(chǎn)生可調(diào)大小的時延Τ，后端偏振控制器33調(diào)整輸出光偏振態(tài)與偏振片 34主軸成45度夾角，使得信號光在此處發(fā)生偏光干涉，因而產(chǎn)生梳狀濾波效果，使信號光 譜具有余弦譜型，最后經(jīng)過光濾波器濾波35后，光譜寬度被光濾波器帶寬限制，得到的信 號由下式描述A' (ω) = Α(ω) [l+cos(coT)]，(GJ1 < ω < coh)⑵其中 T 表示差分群時延大 小，(^和(Oh分別表示光濾波器的上下頻限。接著，使用一段單模光纖40引入色散實(shí)現(xiàn)頻域到時域映射，最終由光電探測器50 得到的電信號可表示為 式中，Φ2為群速度色散系數(shù)，C'為常系數(shù)，(ti; th)對應(yīng)于微波信號的時域范圍。 從上式可以得到確定微波信號頻率及脈寬的關(guān)系式 從式中可以看到，微波信號頻率與脈寬可以分別通過設(shè)定差分群時延和光濾波器 帶寬控制。根據(jù)上述方案原理，我們給出3組實(shí)驗(yàn)示例說明該方案的有效性。設(shè)定差分群時 延為40ps，光濾波器帶寬為3nm，得到一組信號光譜及時域波形圖，如圖3。其中，信號頻率 為12. 7GHz，脈沖寬度為1. 18ns ；接著改變光濾波器帶寬，使其分別為2. Inm及1. 2nm，得到 的微波信號脈寬分別為0. 86ns及0. 52ns，如圖4 ；最后，通過改變引入的差分群時延大小， 分別為18ps和95ps，我們得到了 7. IGHz及30. 8GHz的微波信號，如圖5。其中，95ps差分 群時延由一段保振光纖產(chǎn)生。最后，圖6分別給出了生成的微波信號頻率及脈寬隨差分群 時延和濾波器帶寬的變化曲線。其中的誤差來源于差分群時延元件的輸出值偏移及對光纖 色散量的誤計誤差。綜上所述，本發(fā)明的特征主要有以下兩點(diǎn)(1)使用可調(diào)諧的差分群時延器件對 信號光產(chǎn)生可變周期的梳狀濾波效果，因而控制由頻域到時域映射產(chǎn)生的微波信號頻率大 ??；(2)使用帶寬可調(diào)諧的光濾波器件以限制信號光譜的寬度，以改變得到的微波信號脈
覓ο
權(quán)利要求
一種頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，基于由一個寬帶光源、一個可調(diào)的差分群時延元件，一個帶寬可調(diào)的光濾波器，及一個頻域到時域映射模塊構(gòu)成的微波產(chǎn)生裝置；微波信號產(chǎn)生方法為將光源產(chǎn)生的寬譜光注入光譜構(gòu)造模塊中，使用可調(diào)的差分群時延模塊及光濾波器構(gòu)造目標(biāo)光譜，最后利用頻域到時域映射裝置產(chǎn)生指定頻率及脈寬的微波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，其特征在于，使用差 分群時延元件在輸入光兩正交偏振態(tài)間產(chǎn)生可調(diào)時延，用起偏器造成偏光干涉以構(gòu)造正弦 周期性光譜形狀，通過調(diào)節(jié)差分群時延大小以改變正弦光譜周期；此外，后端加入的帶寬可 變光濾波器用以限定光譜寬度；產(chǎn)生的微波信號頻率及脈寬通過調(diào)節(jié)引入差分時延大小及 光濾波器帶寬得以改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，其特征在于，所述寬 帶光源可以是自發(fā)輻射非相干光源ASE。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，其特征在于，所述寬 帶光源是超短脈沖激光源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率及脈寬可調(diào)的微波信號產(chǎn)生方案，基于由一個寬帶光源、一個可調(diào)的差分群時延元件，一個帶寬可調(diào)的光濾波器，及一個頻域到時域映射模塊構(gòu)成的微波產(chǎn)生裝置；微波信號產(chǎn)生方法為將光源產(chǎn)生的寬譜光注入光譜構(gòu)造模塊中，使用可調(diào)的差分群時延模塊及光濾波器構(gòu)造目標(biāo)光譜，最后利用頻域到時域映射裝置產(chǎn)生指定頻率及脈寬的微波信號。本發(fā)明方法在保證了產(chǎn)生微波信號高頻性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了信號頻率及脈沖寬度的可調(diào)性，增強(qiáng)了一般微波信號生成方法的靈活性。
文檔編號H04B10/12GK101902278SQ201010225930
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者葉佳, 張志勇, 易安林, 潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 閆連山 申請人:西南交通大學(xué)