基于全光積分器的三角形脈沖信號(hào)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(hào)產(chǎn)生裝置，該裝置包括：多波長激光器、第一強(qiáng)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(qiáng)度調(diào)制器，第二碼型發(fā)生器，可調(diào)色散補(bǔ)償器，光電探測器和采樣示波器。本發(fā)明采用全光信號(hào)處理方案，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，響應(yīng)速度快，功率損耗小，克服了傳統(tǒng)電子學(xué)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(hào)產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波光子學(xué)【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(hào)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(hào)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(dá)和天線、射頻通信系統(tǒng)、電子測試系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)、以及全光信號(hào)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(jìn)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(hào)具有獨(dú)特的重要性。利用光子技術(shù)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，一方面克服了電子技術(shù)產(chǎn)生三角形脈沖微波信號(hào)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(yīng)平坦等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0003]產(chǎn)生高質(zhì)量的三角形脈沖微波信號(hào)是一些微波應(yīng)用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)?；诠庾蛹夹g(shù)產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號(hào)可以無縫的與全光信號(hào)處理技術(shù)以及光載射頻系統(tǒng)進(jìn)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(hào)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(hào)實(shí)現(xiàn)了微波技術(shù)不可能實(shí)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(hào)具有重要的戰(zhàn)略意義以及迫切的應(yīng)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(hào)產(chǎn)生裝置，以克服傳統(tǒng)電子學(xué)方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢。
[0005]為達(dá)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(hào)產(chǎn)生裝置，該裝置包括:多波長激光器、第一強(qiáng)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(qiáng)度調(diào)制器，第二碼型發(fā)生器，可調(diào)色散補(bǔ)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(qiáng)度調(diào)制器提供連續(xù)多波長光載波信號(hào)；
[0007]所述第一碼型發(fā)生器與所述第一強(qiáng)度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生電信號(hào)并輸出至所述第一強(qiáng)度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號(hào)；
[0008]所述第一強(qiáng)度調(diào)制器用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)于接收到的連續(xù)多波長光載波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，將時(shí)間上連續(xù)的光載波信號(hào)調(diào)制為時(shí)間上分立的光載波信號(hào)，并提供給光濾波器；
[0009]所述光濾波器用于對(duì)于接收到的光載波信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償連續(xù)光信號(hào)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(hào)的持續(xù)時(shí)間；
[0012]所述第二碼型發(fā)生器與所述第二強(qiáng)度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生離散方波脈沖信號(hào)，并輸出至所述第二強(qiáng)度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號(hào)；
[0013]所述第二強(qiáng)度調(diào)制器與所述光纖連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)于接收到的光載波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，即為時(shí)域上色散開的多波長光載波信號(hào)中每一個(gè)波長的光載波信號(hào)加載方波信號(hào)，并將加載方波信號(hào)后的光信號(hào)提供給可調(diào)色散補(bǔ)償器；
[0014]所述可調(diào)色散補(bǔ)償器用于調(diào)節(jié)接收到的光信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間差，利用全光積分原理對(duì)于時(shí)間上重疊的信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度疊加；
[0015]所述光電探測器用于將接收到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到三角形脈沖微波信號(hào);
[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(hào)，觀測所述微波信號(hào)的時(shí)域波形。
[0017]其中，所述離散方波脈沖信號(hào)的占空比和脈寬可調(diào)諧。
[0018]其中，所述可調(diào)色散補(bǔ)償器在光載波信號(hào)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(bǔ)償光纖或啁啾光纖光柵。
[0020]其中，所述多波長激光器為半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。
[0021]其中，所述多波長激光器由光學(xué)頻率梳或脈沖激光器來代替。
[0022]其中，所述強(qiáng)度調(diào)制器采用鈮酸鋰晶體、半導(dǎo)體聚合物或有機(jī)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(fù)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(bǔ)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(hào)產(chǎn)生裝置，由于采用全光信號(hào)處理的方案，所以克服了傳統(tǒng)電子學(xué)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(hào)產(chǎn)生裝置，由于利用全光積分器來實(shí)現(xiàn)三角形脈沖微波信號(hào)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(yīng)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(hào)。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(shí)現(xiàn)實(shí)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(hào)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(hào)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(hào)產(chǎn)生裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033]本發(fā)明提供的基于全光積分器的角形脈沖信號(hào)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(hào)。多波長光源發(fā)出的多波長光載波信號(hào)在時(shí)域上是連續(xù)的，首先通過強(qiáng)度調(diào)制器將時(shí)域上連續(xù)的光載波信號(hào)斬?cái)酁闀r(shí)域上分立的光載波信號(hào)，然后通過光纖進(jìn)行持續(xù)時(shí)間的拉伸，時(shí)域上分立的光載波信號(hào)入射到強(qiáng)度調(diào)制器加載方波信號(hào)，此時(shí)每一個(gè)光載波加載一套方波信號(hào)，方波信號(hào)的脈寬以及占空比都可以調(diào)節(jié)，然后將強(qiáng)度調(diào)制之后的光信號(hào)入射到色散補(bǔ)償模塊進(jìn)行色散補(bǔ)償即色散管理，此處的色散補(bǔ)償模塊需要滿足在光載波信號(hào)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?yàn)槿夥e分器的積分過程中，光信號(hào)的強(qiáng)度只會(huì)增加不會(huì)減小，所以X1的左右兩個(gè)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(fù)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(hào)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(qiáng)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(qiáng)度調(diào)制器7，第二碼型發(fā)生器8，可調(diào)色散補(bǔ)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(qiáng)度調(diào)制器2提供連續(xù)多波長光載波信號(hào)；
[0036]所述第一碼型發(fā)生器3與所述第一強(qiáng)度調(diào)制器2連接，用于產(chǎn)生電信號(hào)并輸出至所述第一強(qiáng)度調(diào)制器2的射頻端口，作為調(diào)制信號(hào)；
[0037]所述第一強(qiáng)度調(diào)制器2用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)于接收到的連續(xù)多波長光載波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，將時(shí)間上連續(xù)的光載波信號(hào)調(diào)制為時(shí)間上分立的光載波信號(hào)，并提供給光濾波器4 ；
[0038]所述光濾波器4用于對(duì)于接收到的光載波信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償連續(xù)光信號(hào)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(hào)的持續(xù)時(shí)間，所拉伸的長度與后續(xù)強(qiáng)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(qiáng)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(hào)，并輸出至所述第二強(qiáng)度調(diào)制器7的射頻端口，作為調(diào)制信號(hào)，其中，所述離散方波脈沖信號(hào)的占空比和脈寬可調(diào)諧；
[0042]所述第二強(qiáng)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(hào)對(duì)于接收到的光載波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，即為時(shí)域上色散開的多波長光載波信號(hào)中每一個(gè)波長的光載波信號(hào)加載方波信號(hào)，并將加載方波信號(hào)后的光信號(hào)提供給可調(diào)色散補(bǔ)償器9 ；
[0043]所述可調(diào)色散補(bǔ)償器9用于調(diào)節(jié)接收到的光信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間差，使其出現(xiàn)時(shí)間上的重疊，并對(duì)于時(shí)間上重疊的信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度疊加，實(shí)現(xiàn)全光積分；
[0044]需要注意的是，所述可調(diào)色散補(bǔ)償器9在光載波信號(hào)的中心波長λ i左右的色散值要相反，比如在光載波信號(hào)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?yàn)槿夥e分器在積分過程中，光信號(hào)的強(qiáng)度只會(huì)增加不會(huì)減小，所以中心波長λ !的左右兩個(gè)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(fù)邊沿。
[0045]所述光電探測器10用于將接收到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到三角形脈沖微波信號(hào)；
[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(hào)，觀測所述微波信號(hào)的時(shí)域波形。
[0047]其中，所述多波長激光器I可以是半導(dǎo)體激光器或光纖激光器，也可以使用光學(xué)頻率梳或脈沖激光器來代替。
[0048]所述強(qiáng)度調(diào)制器2、7可以采用鈮酸鋰晶體、半導(dǎo)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(jī)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)單模光纖、色散補(bǔ)償光纖或啁啾光纖光柵。
[0052]所述可調(diào)色散補(bǔ)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(bǔ)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(hào)的相位很穩(wěn)定時(shí)可以應(yīng)用實(shí)時(shí)示波器來采集。
[0055]所述三角形脈沖微波信號(hào)產(chǎn)生裝置工作時(shí)，多波長激光器輸出的多波長光載波信號(hào)首先入射到強(qiáng)度調(diào)制器進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，將時(shí)域連續(xù)的光載波信號(hào)斬?cái)酁闀r(shí)域離散的光載波信號(hào)。然后該光載波信號(hào)入射到光濾波器，進(jìn)行光譜整形，整形后的光譜入射到光放大器，來補(bǔ)償光功率的衰減。然后光信號(hào)入射到光纖實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間的拉伸，之后光載波信號(hào)入射到第二強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)的加載，即每一個(gè)光載波信號(hào)加載一組脈寬和占空比均可調(diào)諧的方波信號(hào)。加載方波信號(hào)后的光信號(hào)入射到可調(diào)色散補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)三角波信號(hào)的產(chǎn)生，其中可調(diào)色散補(bǔ)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(shí)間積分的方法實(shí)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(hào)產(chǎn)生裝置的原理示意圖，首先多波長激光器輸出多個(gè)光載波信號(hào)，如圖2(a)所示，其中，光載波信號(hào)的中心波長為X1 ;隨后將時(shí)間上連續(xù)的光載波信號(hào)色散為時(shí)間上分立的光載波信號(hào)，如圖2(b)所示；然后將每一個(gè)波長的光載波信號(hào)上加載離散的方波信號(hào)，方波信號(hào)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(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)方波脈沖的光強(qiáng)度疊加，疊加之后的光脈沖信號(hào)即為三角形脈沖微波信號(hào)，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(hào)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(hào)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(hào)的時(shí)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(hào)的正斜率和負(fù)斜率的絕對(duì)值相等，波形鏡像對(duì)稱。
[0058]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)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(hào)產(chǎn)生裝置，其特征在于，該裝置包括:多波長激光器、第一強(qiáng)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(qiáng)度調(diào)制器，第二碼型發(fā)生器，可調(diào)色散補(bǔ)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(qiáng)度調(diào)制器提供連續(xù)多波長光載波信號(hào)； 所述第一碼型發(fā)生器與所述第一強(qiáng)度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生電信號(hào)并輸出至所述第一強(qiáng)度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號(hào)； 所述第一強(qiáng)度調(diào)制器用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)于接收到的連續(xù)多波長光載波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，將時(shí)間上連續(xù)的光載波信號(hào)調(diào)制為時(shí)間上分立的光載波信號(hào)，并提供給光濾波器； 所述光濾波器用于對(duì)于接收到的光載波信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償連續(xù)光信號(hào)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(hào)的持續(xù)時(shí)間； 所述第二碼型發(fā)生器與所述第二強(qiáng)度調(diào)制器連接，用于產(chǎn)生離散方波脈沖信號(hào)，并輸出至所述第二強(qiáng)度調(diào)制器的射頻端口，作為調(diào)制信號(hào)； 所述第二強(qiáng)度調(diào)制器與所述光纖連接，用于根據(jù)所述調(diào)制信號(hào)對(duì)于接收到的光載波信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，即為時(shí)域上色散開的多波長光載波信號(hào)中每一個(gè)波長的光載波信號(hào)加載方波信號(hào)，并將加載方波信號(hào)后的光信號(hào)提供給可調(diào)色散補(bǔ)償器； 所述可調(diào)色散補(bǔ)償器用于調(diào)節(jié)接收到的光信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間差，利用全光積分原理對(duì)于時(shí)間上重疊的信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度疊加； 所述光電探測器用于將接收到的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到三角形脈沖微波信號(hào)； 所述采樣示波器用于測量產(chǎn)生的三角形脈沖微波信號(hào)，觀測所述微波信號(hào)的時(shí)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(hào)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(bǔ)償器在光載波信號(hào)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(bǔ)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(dǎo)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(xué)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(qiáng)度調(diào)制器采用鈮酸鋰晶體、半導(dǎo)體聚合物或有機(jī)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(fù)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(bǔ)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(hào)】H04B10/508GK104333421SQ201410432917
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所