基于光学频率梳的微波瞬时测频装置制造方法及图纸

本公开提供了一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置，包括：光梳产生模块、信号调制及光梳移相模块和色散及波分模块；光梳产生模块包括：光梳发生器用于产生光学频率梳；信号调制及光梳移相模块与所述光梳产生模块相连；用于将待测信号调制到由所述光梳产生模块的输入光学频率梳的每一根梳齿上，并对光学频率梳的每一根梳齿引入不同的相移；色散及波分模块与所述信号调制及光梳移相模块相连；用于对所述信号调制及光梳移相模块输出的经待测信号调制的光学频率梳整体引入相移，将不同频率分量的光学频率梳以一波长间隔分开，分别测得待测信号频率值。本公开工作带宽有效扩大，响应速度快，测量精度高。

Microwave Instantaneous Frequency Measurement Device Based on Optical Frequency Comb

The present disclosure provides a microwave instantaneous frequency measurement device based on an optical frequency comb, including an optical comb generation module, a signal modulation and optical comb phase shifting module and a dispersion and wave division module; an optical comb generation module includes an optical comb generator for generating an optical frequency comb; a signal modulation and optical comb phase shifting module for connecting with the optical comb generation module; and a signal modulation and optical comb phase shifting module for modulating the signal to be measured to be modulated by the light. On each comb of the input optical frequency comb of the comb generation module, different phase shifts are introduced to each comb of the optical frequency comb; the dispersion and wave division module is connected with the signal modulation and the optical comb phase shifting module; and the optical frequency comb modulated by the signal modulation and the output signal of the optical comb phase shifting module is introduced into the phase shift as a whole to introduce the optical frequency of different frequency components. Rate combs are separated by a wavelength interval, and the frequency values of the signals to be measured are measured separately. The working bandwidth of the present disclosure is effectively enlarged, the response speed is fast and the measurement accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
基于光学频率梳的微波瞬时测频装置
本公开涉及微波光子学领域，尤其涉及一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置。
技术介绍
未来电子战环境里充斥着微波信号，这些信号在很宽的频谱范围内变化，并且持续时间很短。将这些信号截获，并将其频率、幅度等其他参量快速地识别，对后续解析信号中携带的信息有着重要的意义。因此，微波信号频率的快速测量在未来电子战中有着极为重要的地位。传统电学方案对于频率测量目前主要采用的还是超外差瞬时测频方法，典型的方法有搜索式超外差法。由天线、低噪放大、带通滤波器、混频器、调谐控制电路、调谐本振和中频放大器、检波器组成，其中带通滤波器和调谐本振同时被调谐控制电路的控制。通过改变本振频率，对整个工作频段进行频率搜索，实现频率测量。虽然纯电学的方法有着不可替代的精度，但对于很多应用场景比如宽带和高速的信号，纯电学方案的由于速率和带宽的限制，无法完成对持续时间短、频率变化范围大的信号进行频率测量。传统电学方案所面临的问题主要包括：其一带宽问题，目前各种复杂的微波信号跳变范围已经达到了好几十吉赫兹范围，然而目前很多接收机系统还只是工作在某一或某些射频波段。其二测量时间问题，微波信号的持续时间越来越短，已经达到纳秒量级甚至更低，超外差扫描的方案显然已经不能适应这些应用场景。其三电磁干扰问题，大量电子元器件的使用会增加系统间的电磁干扰和信号串扰。由于存在以上这些问题，如何在大带宽内进行高精度频率测量是当前的一大研究难题。现在也有一些基于微波光子的瞬时测频方案，但这些方案往往在测频范围较大的情形下精度会下降，无法适应于对精度要求较高的场景。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置，包括：光梳产生模块，用于产生光学频率梳；信号调制及光梳移相模块，与所述光梳产生模块相连，用于将待测信号调制到所述光学频率梳的每一根梳齿上，并对光学频率梳的每一根梳齿引入不同的相移；色散及波分模块，与所述信号调制及光梳移相模块相连，用于对经待测信号调制的光学频率梳整体引入相移，将不同频率分量的光学频率梳以一波长间隔分开，分别测得待测信号频率值。在本公开的一些实施例中，所述信号调制及光梳移相模块包括：光耦合器，用于将所述光梳产生模块输出的光信号均分为第一路光信号和第二路光信号，所述光耦合器的输入端与光梳产生模块连接；第一调制器，所述第一调制器的光输入端口与所述光耦合器的第一路光信号的输出端口连接；所述第一调制器的射频输入端口与待测微波信号连接，用于将待测信号调制于光学频率梳上；光隔离器，所述光隔离器的输入端口与所述第一调制器的输出端口连接；用于使通过所述第一调制器输出的光信号的单向传输；高非线性光纤，用于产生非线性效应；所述高非线性光纤第一端与所述光隔离器的输出端口连接；第二调制器，所述第二调制器的光输入端口与所述光耦合器的第二路光信号的输出端口连接，所述第二调制器的射频输入端口与可调微波源输出端连接，所述可调微波源用于提供频率可调的微波信号；光环形器，用于限制光信号的传输方向，所述光环形器包括：第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口与所述第二调制器的光输出端口连接；所述第二端口与所述高非线性光纤第二端连接；所述第三端口与所述色散及波分模块相连。在本公开的一些实施例中所述色散及波分模块包括：单模光纤，所述单模光纤第一端与所述信号调制及光梳移相模块相连；用于将所述单模光纤作为色散介质，将色散引入光信号；波分复用器，所述波分复用器的输入端口与所述单模光纤第二端连接；所述波分复用器用于将所述信号调制及光梳移相模块输出的光信号以固定波长分隔为多段；光电探测器阵列，用于将所述波分复用器输出的多段光信号分别转变为多段信号；微波功率计阵列，用于测量通过所述光电探测器阵列输出的多段信号的功率。在本公开的一些实施例中所述波分复用器包括多个输出通道，相邻所述输出通道间的频率间隔相等。在本公开的一些实施例中，所述光电探测器阵列包括多个光电探测器，所述波分复用器多个输出通道的输出端口分别与多个所述光电探测器的输入端对应连接；所述微波功率计阵列包括多个微波功率计，每个所述微波功率计的输入端与每个所述光电探测器的输出端连接。在本公开的一些实施例中，所述光梳产生模块包括：光梳发生器；光滤波器，用于选择特定范围的光谱输出，所述光滤波器的输入端与所述光梳发生器的输出端连接。在本公开的一些实施例中，所述第一调制器为相位调制器，所述第一调制器输出的光信号在所述光梳发生器产生的每根光学频率梳的梳齿两侧均产生正负一阶边带。在本公开的一些实施例中，所述第二调制器为推挽式马赫曾德尔强度调制器，所述第二调制器工作在载波抑制状态，由所述第二调制器输出的光信号，在所述光梳发生器产生的每根光学频率梳的梳齿均被抑制，并且在梳齿两侧均产生正负一阶边带。在本公开的一些实施例中，所述光环形器的第一端口和第二端口为输入端，所述光环形器的第二端口和第三端口为输出端。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于光学频率梳的微波瞬时测频装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本公开利用由信号调制及光梳移相模块产生的布里渊散射效应对激光波长的敏感性，对光学频率梳的每一根梳齿引入不同相移，改变波分复用器每个输出通道的响应，覆盖高至40GHz频率范围的微波测量结果，工作带宽有效扩大。(2)本公开的色散及波分模块中频率值通过不同通道的功率值比较得出，能够同时得到粗测与精测结果，响应速度快，测量精度高。附图说明图1为本公开实施例基于光学频率梳的微波瞬时测频装置的结构示意图。图2为图1中基于光梳发生器产生的超平坦光学频率梳频谱图。图3为图1中信号调制及光梳移相模块中受激布里渊散射的泵浦光与信号光位置示意图。图4为图3中受激布里渊散射频率与泵浦光的波长对应关系示意图。图5(a)是激光波长与受激布里渊散射增益谱和损耗谱相对位置变化示意图。图5(b)是激光波长与受激布里渊散射增益谱和损耗谱相对位置变化对激光引入的相移关系示意图。图6是相位调制信号的功率衰弱曲线随载波相位变化示意图。图7(a)相距最远两个信道获得的最大频率测量范围的幅度-频率对应曲线。图7(b)通过相邻的信道获得的精确频率测量范围的幅度-频率对应曲线。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1-光梳发生器；2-光滤波器；3-光耦合器；4-第一调制器；5-可调微波源；6-第二调制器；7-光隔离器；8-高非线性光纤；9-光环形器；10-单模光纤；11-波分复用器；12-光电探测器阵列；121-光电探测器；13-微波功率计阵列；131-微波功率计。具体实施方式本公开提供了一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置，包括：光梳产生模块、信号调制及光梳移相模块和色散及波分模块；光梳产生模块包括：光梳发生器用于产生光学频率梳；信号调制及光梳移相模块与所述光梳产生模块相连；用于将待测信号调制到由所述光梳产生模块的输入光学频率梳的每一根梳齿上，并对光学频率梳的每一根梳齿引入不同的相移；色散及波分模块与所述信号调制及光梳移相模块相连；用于对所述信号调制及光梳移相模块输出的经待测信号调制的光学频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置，包括：光梳产生模块，用于产生光学频率梳；信号调制及光梳移相模块，与所述光梳产生模块相连，用于将待测信号调制到所述光学频率梳的每一根梳齿上，并对光学频率梳的每一根梳齿引入不同的相移；色散及波分模块，与所述信号调制及光梳移相模块相连，用于对经待测信号调制的光学频率梳整体引入相移，将不同频率分量的光学频率梳以一波长间隔分开，分别测得待测信号频率值。

【技术特征摘要】
2019.01.11 CN 20191002992321.一种基于光学频率梳的微波瞬时测频装置，包括：光梳产生模块，用于产生光学频率梳；信号调制及光梳移相模块，与所述光梳产生模块相连，用于将待测信号调制到所述光学频率梳的每一根梳齿上，并对光学频率梳的每一根梳齿引入不同的相移；色散及波分模块，与所述信号调制及光梳移相模块相连，用于对经待测信号调制的光学频率梳整体引入相移，将不同频率分量的光学频率梳以一波长间隔分开，分别测得待测信号频率值。2.根据权利要求1所述的微波瞬时测频装置，其中，所述信号调制及光梳移相模块包括：光耦合器，用于将所述光梳产生模块输出的光信号均分为第一路光信号和第二路光信号，所述光耦合器的输入端与光梳产生模块连接；第一调制器，所述第一调制器的光输入端口与所述光耦合器的第一路光信号的输出端口连接；所述第一调制器的射频输入端口与待测微波信号连接，用于将待测信号调制于光学频率梳上；光隔离器，所述光隔离器的输入端口与所述第一调制器的输出端口连接；用于使通过所述第一调制器输出的光信号的单向传输；高非线性光纤，用于产生非线性效应；所述高非线性光纤第一端与所述光隔离器的输出端口连接；第二调制器，所述第二调制器的光输入端口与所述光耦合器的第二路光信号的输出端口连接，所述第二调制器的射频输入端口与可调微波源输出端连接，所述可调微波源用于提供频率可调的微波信号；光环形器，用于限制光信号的传输方向，所述光环形器包括：第一端口、第二端口和第三端口；所述第一端口与所述第二调制器的光输出端口连接；所述第二端口与所述高非线性光纤第二端连接；所述第三端口与所述色散及波分模块相连。3.根据权利要求1所述的微波瞬时测频装置，其中，所述色散...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成悟，刘建国，于海洋，邹灿文，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11