緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統的製作方法

2023-05-13 05:38:56 3

專利名稱：緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及微波光子學技術領域，更具體的說是涉及一種緊湊型瞬時微波頻率光 子測量系統，該系統利用直調分布反饋雷射器和馬赫-曾德爾(M-Z)濾波器實現瞬時頻率
背景技術：
瞬時微波頻率(頻段300MHz 300GHz)的測量是電子對抗的關鍵技術之一，諸如 軍事信息的截獲和竊聽、雷達幹擾和反幹擾能力等。然而，基於電子學器件進行微波信號測 量由於受限於電子瓶頸和瞬時帶寬的限制，很難實現寬頻段覆蓋範圍、低誤差的瞬時測量。 微波光子學的興起給瞬時微波頻率測量開闢了一條新的思路。基於光子技術的瞬時微波頻 率測量具有寬頻段覆蓋範圍，低誤差，抗電磁幹擾能力強等一系列優點，因此近幾年瞬時微 波頻率的光子測量技術成為了一個研究熱點。 就目前報導的情況來看，瞬時微波頻率測量的光子技術方案大致可以劃分為三 類 1、頻率_空間映射型。在此方案中，微波頻率信息被映射到空間位置上，因此這種 方法也被稱為信道化濾波器型測頻。例如，微波信號輸入到Bragg基元中生成聲波，該聲波 頻率的大小將改變Bragg基元的衍射率；當一束雷射入射時，其偏轉的衍射角隨微波頻率 的大小不同而變化，運用光探測器檢測光強的分布即可推算出衍射角度，即得到微波頻率， 但這種方法需要利用分離的器件形成體光柵和高精度探測器陣列，具行不易集成、振動穩 定性差、成本高等缺點； n、頻率-時域映射型。頻率-時域映射型測頻方案藉助時延介質將頻率信息轉換
成時域功率分布，通過分析時域功率的分布獲得頻率信息。此方案的測量精度依賴色散介 質的色散長度積，更重要的是此方案需要複雜的後臺處理過程來界定光功率的階躍變化；
ni、頻率_功率映射型。此方案的物理機制是將微波信號的頻率信息轉換成幅度 (或功率)信息，通過檢測幅度信息間接測量出待測頻率值。 方案III與方案I和II相比，具有後臺信息處理簡單，成本低優點；但現有文獻報
道的功率映射型方案一般都採用外調製的方法，從而使測量系統具有偏振相關、插入損耗
大等缺點；需要大的色散長度積來提高測量精度，使系統體積龐大、不易集成；同時由於採
用多個雷射光源，光源間功率的相對穩定性較難保證，所以使測量精度大幅度降低。 因此，如何實現高頻段、緊湊、功率補償、低插入損耗、偏振不相關的瞬時頻率測量
是亟需解決的問題。

發明內容
( — )要解決的技術問題 有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統， 以解決微波源低頻、高相位噪聲、不易精確調諧和高插入損耗問題。
(二)技術方案 為達到上述目的，本發明提供了一種緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，包括
—接收天線1 ; —微波功率放大器2，該微波功率放大器2的輸入端與接收天線1連接； —高速直調雷射器3，從微波功率放大器2輸出端輸出的微波信號加載到高速直
調雷射器3上； —環行器4，該環行器的第一埠 A與高速直調雷射器3連接； —可調諧相移光柵5，該可調諧相移光柵5的一端與環行器的第二埠 B連接； —可調諧M-Z幹涉儀6，該可調諧M-Z幹涉儀6輸入端與環行器4的第三埠 C連
接； —第一高速光子探測器7，該第一高速光子探測器7與可調諧M-Z濾波器6的第一 輸出端E連接； —第二高速光子探測器8，該第二高速光子探測器8與可調諧M-Z濾波器6的第二 輸出端F連接； —比較器9，該比較器9的兩個埠分別與第一高速光子探測器7和第二高速光子 探測器8連接。 上述方案中，所述高速直調雷射器3是微波封裝的分布反饋半導體雷射器，其中 心波長位於光纖通信波長範圍。 上述方案中，載波的功率是通過所述環行器4加所述可調諧相移光柵5壓制的，或 是通過F-P標準具壓制。 上述方案中，所述可調諧相移光柵5寫在光敏光纖上，或者是寫在載氫的單模光 纖上，其透射波長是通過溫控或應力調諧的，所述可調諧相移光柵5的中心透射波長與所 述高速直調雷射器3的中心波長對準。 上述方案中，所述可調諧M-Z幹涉儀6是通過應力或熱控制實現調諧，使載波功率 分別與可調諧M-Z濾波器6輸出埠的峰值和谷值對準。 上述方案中，所述接收天線1接收到的微波信號經過微波功率放大器2後直接加 載到高速直調雷射器3上，從而在載波頻率兩側產生攜帶微波頻率信息的雙邊帶，通過應 力或熱調諧相移光柵的透射譜線，使透射中心波長與載波波長對準，從而將載波功率壓制。
上述方案中，由於可調諧M-Z濾波器6的雙輸出埠具有互補性，從而使第一高速 光子探測器7和第二高速光子探測器8探測到的功率在一定範圍內，隨微波頻率的變化呈 相反的變化趨勢，因此通過功率比較可以得到一個單調曲線，從而建立微波頻率到功率單 一映射關係，實現瞬時微波頻率的測量。
(三)有益效果 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果 1、本發明利用單一雷射器代替了多個雷射器，避免了由於多個雷射器相對功率不 穩定所帶來的測量精度問題。 2、本發明利用高速直調雷射器代替了雷射器加調製器的結構，不但簡化了系統結
構，而且避免了由於調製器所帶來的偏振相關、插入損耗高、成本高等問題。 3、本發明利用相移光柵壓制載波功率，增大了測量的動態範圍，提高了精度。
4、本發明利用可調M-Z調製器實現濾波功能，避免了公裡級色散光纖所帶來的不 易集成和利用啁啾光柵的波紋所帶來的精度下降問題。


為了進一步說明本發明的結構和特徵，以下結合實例及附圖對本發明做進一步的 說明，其中 圖1是本發明提供的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統方框示意圖； 圖2是光譜的演化示意圖； 圖3是濾波器濾波曲線和輸出光譜示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。 請參閱圖1所示，圖1是本發明提供的緊湊型瞬時微波頻率光子測量示意圖，包 括 —接收天線1 ; —微波功率放大器2，該微波功率放大器2的輸入端與接收大線1連接； —高速直調雷射器3，從微波功率放大器2輸出端輸出的微波信號加載到高速直
調雷射器3上； —環行器4，該環行器的第一埠 A與高速直調雷射器3連接； —可調諧相移光柵5，該可調諧相移光柵5的一端與環行器的第二埠 B連接； —可調諧M-Z幹涉儀6，該可調諧M-Z幹涉儀6輸入端與環行器4的第三埠 C連
接； —第一高速光子探測器7，該第高速光子探測器7與可調諧M-Z濾波器6的第一輸 出端E連接； —第二高速光子探測器8，該第二高速光子探測器8與可調諧M-Z濾波器6的第二 輸出端F連接； —比較器9，該比較器9的兩個埠分別與第一高速光子探測器7和第二高速光子 探測器8連接。 其中，高速直調雷射器3是微波封裝的分布反饋半導體雷射器，其中心波長位於 光纖通信波長範圍，從微波功率放大器輸出端輸出的微波信號加載到高速直調雷射器3 上；由於僅使用了單一雷射器作為光源，避免了多個雷射器相對功率不穩定所帶來的測量 不準確問題；同時由於利用了高速直調雷射器代替了雷射器加調製器的結構，不但簡化了 系統結構，而且避免了由於調製器所帶來的偏振相關、插入損耗高、成本高、不易集成等問 題。 載波的功率是通過所述環行器4加所述可調諧相移光柵5壓制的，或是通過F-P 標準具壓制。可調諧相移光柵5寫在光敏光纖上，或者是寫在載氫的單模光纖上，其透射波 長是通過溫控或應力調諧的，所述可調諧相移光柵5的中心透射波長與所述高速直調雷射 器3的中心波長對準，該可調諧相移光柵是用來壓制載波功率的；或者不用相移光柵而用
5高精度F-P標準具代替；由於將載波功率壓制，從而增大了測量的動態範圍，提高了測量精度。 可調諧M-Z幹涉儀6是通過應力或熱控制實現調諧，使載波功率分別與可調諧M-Z濾波器6輸出埠的峰值和谷值對準；利用可調M-Z調製器6實現濾波功能，避免了公裡級色散光纖所帶來的不易集成和利用啁啾光柵的波動所帶來的精度下降問題。
再參照圖l，接收天線l接收到的微波信號經過微波功率放大器2後直接加載到高速直調雷射器3上，從而在載波頻率兩側產生攜帶微波頻率信息的雙邊帶。載波與邊帶的變化如圖2所示。通過應力或熱調諧相移光柵的透射譜線，使透射中心波長與載波波長對準，從而將載波功率壓制。由於可調諧M-Z濾波器6的雙輸出埠具有互補性，因此第一高速光子探測器7接收到的功率隨微波頻率的增大而減小，而第二高速光子探測器8接收到的功率隨微波頻率的增加而增大，可調諧M-Z濾波器6E埠和F埠的濾波曲線以及輸出邊帶譜線如圖3所示。由於兩高速光子探測器探測到的功率在一定範圍內，隨微波頻率的變化呈相反的變化趨勢，因此通過功率比較可以得到一個單調曲線，從而建立微波頻率到功率單一映射關係，實現瞬時微波頻率的測量。 本發明提供的這種緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，是一種功率不敏感、緊湊的瞬時微波頻率光子測量系統。微波信號加載到了一個波長可調諧、直接調製雷射器上，通過調諧雷射器的直流偏置電壓，使在載波頻率兩側只產生攜帶微波頻率信息的正負一階邊帶，並利用可調諧相移光柵將載波功率壓制；由可調諧M-Z濾波器濾波，並通過調諧濾波器的臂長，使載波波長分別對準濾波器兩輸出埠的峰值與谷值；由於兩埠輸出功率隨微波頻率的變化趨勢相反，因此比較函數隨微波頻率在一定範圍內單調變化，從而可實現瞬時微波頻率的測量。 與現有的映射型瞬時微波頻率測量技術相比，由於利用了直調雷射器，避免了由於外調製所帶來的損耗大、不易集成、高成本、偏振相關等缺點；由於利用單一的光源，補償了多個光源所導致測量精度下降的問題；由於利用了相移光柵將載波功率壓制，提高了探測的靈敏度和動態範圍；由於利用濾波器輸出功率的互補性，彌補了利用公裡級色散補償光纖所帶來的體積龐大、不易集成的缺點。 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，包括一接收天線(1)；一微波功率放大器(2)，該微波功率放大器(2)的輸入端與接收天線(1)連接；一高速直調雷射器(3)，從微波功率放大器(2)輸出端輸出的微波信號加載到高速直調雷射器(3)上；一環行器(4)，該環行器的第一埠A與高速直調雷射器(3)連接；一可調諧相移光柵(5)，該可調諧相移光柵(5)的一端與環行器的第二埠B連接；一可調諧M-Z幹涉儀(6)，該可調諧M-Z幹涉儀(6)輸入端與環行器(4)的第三埠C連接；一第一高速光子探測器(7)，該第一高速光子探測器(7)與可調諧M-Z濾波器(6)的第一輸出端E連接；一第二高速光子探測器(8)，該第二高速光子探測器(8)與可調諧M-Z濾波器(6)的第二輸出端F連接；一比較器(9)，該比較器(9)的兩個埠分別與第一高速光子探測器(7)和第二高速光子探測器(8)連接。
2. 根據權利要求1所述的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，所述高速 直調雷射器(3)是微波封裝的分布反饋半導體雷射器，其中心波長位於光纖通信波長範 圍。
3. 根據權利要求1所述的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，載波的功 率是通過所述環行器(4)加所述可調諧相移光柵(5)壓制的，或是通過F-P標準具壓制。
4. 根據權利要求1所述的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，所述可調 諧相移光柵(5)寫在光敏光纖上，或者是寫在載氫的單模光纖上，其透射波長是通過溫控 或應力調諧的，所述可調諧相移光柵(5)的中心透射波長與所述高速直調雷射器(3)的中 心波長對準。
5. 根據權利要求1所述的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，所述可調 諧M-Z幹涉儀(6)是通過應力或熱控制實現調諧，使載波功率分別與可調諧M-Z濾波器(6) 輸出埠的峰值和谷值對準。
6. 根據權利要求1所述的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，所述接收 天線(1)接收到的微波信號經過微波功率放大器(2)後直接加載到高速直調雷射器(3) 上，從而在載波頻率兩側產生攜帶微波頻率信息的雙邊帶，通過應力或熱調諧相移光柵的 透射譜線，使透射中心波長與載波波長對準，從而將載波功率壓制。
7. 根據權利要求1所述的緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，其特徵在於，由於可調 諧M-Z濾波器(6)的雙輸出埠具有互補性，從而使第一高速光子探測器(7)和第二高速 光子探測器(8)探測到的功率在一定範圍內，隨微波頻率的變化呈相反的變化趨勢，因此 通過功率比較可以得到一個單調曲線，從而建立微波頻率到功率單一映射關係，實現瞬時 微波頻率的測量。
全文摘要
本發明公開了一種緊湊型瞬時微波頻率光子測量系統，包括接收天線、微波功率放大器、高速直調雷射器、環行器、可調諧相移光柵、可調諧M-Z幹涉儀、第一高速光子探測器、第二高速光子探測器和比較器。微波信號加載到了一個波長可調諧、直接調製雷射器上，通過調諧雷射器的直流偏置電壓，使在載波頻率兩側只產生攜帶微波頻率信息的正負一階邊帶，並利用可調諧相移光柵將載波功率壓制；由可調諧M-Z濾波器濾波，並通過調諧濾波器的臂長，使載波波長分別對準濾波器兩輸出埠的峰值與谷值；由於兩埠輸出功率隨微波頻率的變化趨勢相反，因此比較函數隨微波頻率在一定範圍內單調變化，從而可實現瞬時微波頻率的測量。
文檔編號G01R23/02GK101793920SQ20101011933
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月5日 優先權日2010年3月5日
發明者劉建國, 王欣, 祝寧華, 袁海慶, 陳偉 申請人:中國科學院半導體研究所