基于DP-DPMZM的微波光子相位可调频率变换方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双偏振双平行马赫增德尔调制器DP‑DPMZM和偏振调制器PolM的微波光子相位可调的频率变换方法和系统。射频信号和本振信号分别驱动DP‑DPMZM的两个DPMZM产生正交偏振的载波抑制射频单边带和本振单边带两个光波，通过调节DP‑DPMZM偏置电压正负和本振信号频率改变这两个光波的频率间隔，进而实现频率可调的上下变频；通过调节PolM的直流偏置电压在这两个光波之间引入相移；并由偏振片Pol将两个偏振正交信号投影到相同偏振方向；经光电探测器进行光电转换输出经频率变换和相移的射频信号。本方案不使用光学滤波器，频率变换的可调性好，仅通过调节PolM的直流偏置电压即可实现连续可调的线性相移。

Method and system of microwave photon phase adjustable frequency conversion based on dp-dpmzm

【技术实现步骤摘要】
基于DP-DPMZM的微波光子相位可调频率变换方法和系统
本专利技术涉及雷达系统，特别是在雷达系统中的两个重要信号处理功能——变频和移相。本专利技术提出了一个能够同时实现频率可调的上下变频和任意的线性移相的微波光子器件。
技术介绍
相控阵天线能够实现多目标跟踪、超快扫描和多波束形成等功能，在气象学、无线通信和雷达系统中具有重要应用。相控阵波束形成系统通常需要多个移相器，为发送到天线元件或从天线元件接收的微波信号引入相移从而实现波束扫描。传统的基于开关技术的微波移相器不能实现连续可调的相移，而基于可调波导的微波移相器通常具有有限的响应速度。微波混频功能能够有效提高相控阵波束形成系统的灵活性和功能，通常由独立的混频器件实现，但传统基于电子器件的微波混频器具有诸如带宽有限，易受电磁干扰等问题。微波光子学是研究微波和光波相互作用的学科，即利用光子技术产生、处理、控制以及传输微波毫米波信号，由此提出了各种基于光子技术的信号处理方案并建立起来了微波光子学信号处理功能模块。与传统的微波系统相比，微波光子技术可以有效的克服电子瓶颈的问题，甚至能够实现传统微波系统难以实现的功能，并且具有许多新的优点，如低损耗、大带宽、体积小、重量轻、抗电磁干扰等，并且能够通过集成光路实现。基于微波光子技术的相位可调频率变换器能够在光域实现移相和混频功能的集成，可以解决传统电子移相器和混频器中存在的问题。目前文献中已有不少微波光子学移相器和混频器实现方案的报导，而同时实现频率变换和相移的结构很少。有基于马赫曾德尔调制器和滤波器的方案，这种方法需要光学滤波器选择一个边带、抑制光学载波和另一个边带，这要求精确控制激光源的波长，以确保滤波器滤除不需要的载波和边带，且使系统的频率可调性受限，更糟糕的是这种方法只能实现频率下变换移相，不能够实现频率上变换移相。也有基于波分复用器，时延线(TDL)，偏振器和偏振控制器的方案，但这种方案的结构比较复杂，而且由于使用偏振控制器PC进行移相操作，因此未预定义射频信号RF相移和偏振控制器之间的关系，并且相移的调谐速度和精度较低。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于双偏振双平行马赫增德尔调制器DP-DPMZM和偏振调制器PolM的微波光子相位可调的频率变换方法，通过调节DP-DPMZM的偏置电压的正负和本振信号频率实现频率可调的上下变频，通过调节PolM的直流偏置电压能够实现任意的线性相移，所述方法包括以下步骤：作为一种优选方法，将激光源产生的频率fC＝ωC/2π的连续光波CW注入DP-DPMZM，然后用射频信号和本振信号分别驱动DP-DPMZM的上下两路，设置DP-DPMZM的偏置电压使上下两路的DPMZM都位于最小传输点，DPMZM1在射频信号驱动下输出载波抑制射频单边带光波EX，DPMZM2在本振信号驱动下输出载波抑制本振单边带光波EY，通过改变本振信号频率和偏置电压调节光波EX和EY之间的频率间隔，光波EY经偏振旋转后通过偏振合束器PBC与光波EX正交合路，DP-DPMZM输出包含正交偏振的EX和EY两个光波的光载射频信号；作为一种优选方法，当DP-DPMZM输出的光载射频信号注入PolM，并保证光载射频信号的两个正交偏振的光波EX和EY与PolM的TM和TE模对齐时，通过施加到PolM的偏置电压在光波EX和EY之间引入连续可调的线性的相对相移；作为一种优选方法，经过相移的光载射频信号通过与偏振调制器PolM主轴成45°角的偏振片Pol，光波EX和EY投影到相同偏振方向，并经光电二极管进行光电转换输出经频率变换和相移的射频信号。作为一种优选方法，由激光源产生的连续光波被注入到DP-DPMZM；DP-DPMZM由两个双平行马赫增德尔调制器DPMZM和一个90°偏振旋转器构成，这里两个DPMZM的每个子MZM和父MZM的半波电压均为Vπ；注入到DP-DPMZM的、频率为fC的光信号由1×2光耦合器分成两路，其中一路光信号注入到由一个DPMZM(DPMZM1)构成的上支路，另一路光信号注入到由一个DPMZM(DPMZM2)串联一个90°偏振旋转器构成的下支路，上下支路的输出与偏振波束合成器PBC相连接，实现光信号合路；DPMZM1中的两个子MZM和父MZM的偏置电压为Vb1＝Vb2＝Vπ、Vb3＝Vπ/2，DPMZM1在频率为fRF＝ωRF/2π的射频信号驱动下输出频率为fC+fRF的载波抑制射频单边带光波EX；DPMZM2中的两个子MZM和父MZM的偏置电压为Vb4＝Vb5＝Vπ、Vb6＝±Vπ/2，DPMZM2在频率为fLO＝ωLO/2π的本振信号驱动下输出频率为fC±fLO的载波抑制本振单边带光波EY，具体上、下变频取决于父MZM的偏置电压的正、负号；光波EY经90°偏振旋转器后通过偏振合束器PBC与光波EX正交合路，输出频率为fRF±fLO、包含EX和EY两个正交偏振光波的光载射频信号；通过调节本振信号频率和偏置电压正负的改变光波EX和EY之间的频率间隔从而实现射频信号的频率变换。作为一种优选方法，包含两个正交偏振光波EX和EY的光载射频信号注入到半波电压为Vπ1的偏振调制器PolM，EX和EY分别对准PolM的TE模和TM模；PolM在偏置电压u的作用下能够对TE模和TM模实现相位调制指数反相的相位调制，因此光波EX引入附加相位πu/Vπ1，光波EY引入附加相位-πu/Vπ1，通过调节PolM的偏置电压u能够对光载射频信号中的两个正交偏振光波EX和EY的相对相位实现连续可调的任意线性移动Φ＝2πu/Vπ1，即对光载射频信号实现连续、线性任意相移。本专利技术提供一种基于DP-DPMZM和PolM的微波光子相位可调的频率变换系统，通过调节DP-DPMZM偏置电压的正负和本振信号频率实现频率可调的上下变频，通过调节PolM的直流偏置电压实现现任意的线性相移，包括：一个双偏振双平行马赫增德尔调制器DP-DPMZM，由1×2光耦合器分成两路实现输入光信号的分路，上支路由一个DPMZM(DPMZM1)构成，下支路由一个DPMZM(DPMZM2)串联一个90°偏振旋转器构成，这两个DPMZM的每个子MZM和父MZM的半波电压均为Vπ；上下支路的输出端与偏振波束合成器PBC相连接实现信号合路；用于产生正交偏振的载波抑制射频单边带EX和本振单边带EY两个光波，通过调节本振信号频率和偏置电压的正负改变EX和EY之间的频率间隔，实现光载射频信号的频率变换；一个偏振调制器PolM，是一种特殊的调制器，其半波电压为Vπ1，能够对TE模和TM模实现相位调制指数反相的相位调制，引入相反的相移±πu/Vπ1，用于在正交偏振的载波抑制射频单边带EX和本振单边带EY两个光波之间引入相反的相位差Φ＝2πu/Vπ1，实现任意角度的相移，相移和偏置电压u呈线性关系，其最大相移范围取决半波电压均为Vπ1和PolM所耐受的最大电压；一个偏振片Pol，将两个偏振正交信号投影到相同偏振方向；一个光电探测器PD，进行光电转换输出经频率变换和相移的射频信号。采用本专利技术提供的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双偏振双平行马赫增德尔调制器DP-DPMZM和偏振调制器PolM的微波光子相位可调的频率变换方法，通过调节DP-DPMZM的偏置电压正负和本振信号频率实现频率可调的上下变频，通过调节PolM的直流偏置电压能够实现任意的线性相移，所述方法包括以下步骤：/n将激光源产生的频率为f

【技术特征摘要】
1.一种基于双偏振双平行马赫增德尔调制器DP-DPMZM和偏振调制器PolM的微波光子相位可调的频率变换方法，通过调节DP-DPMZM的偏置电压正负和本振信号频率实现频率可调的上下变频，通过调节PolM的直流偏置电压能够实现任意的线性相移，所述方法包括以下步骤：
将激光源产生的频率为fC的连续光波CW注入DP-DPMZM，然后用射频信号和本振信号分别驱动DP-DPMZM的上下两路，设置DP-DPMZM的偏置电压使上下两路的DPMZM都位于最小传输点，DPMZM1在射频信号驱动下输出载波抑制射频单边带光波EX，DPMZM2在本振信号驱动下输出载波抑制本振单边带光波EY，通过改变本振信号频率和偏置电压调节光波EX和EY之间的频率间隔，光波EY经偏振旋转后通过偏振合束器PBC与光波EX正交合路，DP-DPMZM输出包含正交偏振的两个光波EX和EY的光载射频信号；
当DP-DPMZM输出的光载射频信号注入PolM，并保证光载射频信号的两个正交偏振的光波EX和EY与PolM的TM和TE模对齐时，通过施加到PolM的偏置电压在光波EX和EY之间引入连续可调的线性的相对相移；
经过相移的光载射频信号通过与偏振调制器PolM主轴成45°角的偏振片Pol，光波EX和EY投影到相同偏振方向，并经光电二极管进行光电转换输出经频率变换和相移的射频信号。


2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述DP-DPMZM器件：
DP-DPMZM由两个双平行马赫增德尔调制器DPMZM和一个90°偏振旋转器构成，这里两个DPMZM的每个子MZM和父MZM的半波电压均为Vπ；注入到DP-DPMZM的、频率为fC的光信号由1×2光耦合器分成两路，其中一路光信号注入到由一个DPMZM(DPMZM1)构成的上支路，另一路光信号注入到由一个DPMZM(DPMZM2)串联一个90°偏振旋转器构成的下支路，上下支路的输出与偏振波束合成器PBC相连接，实现光信号合路；DPMZM1中的两个子MZM和父MZM的偏置电压为Vb1＝Vb2＝Vπ、Vb3＝Vπ/2，DPMZM1在频率为fRF＝ωRF/2π的射频信号驱动下输出频率为fC+fRF的载波抑制射频单边带光波EX；DPMZM2中的两个子MZM和父MZM的偏置电压为Vb4＝Vb5＝Vπ、Vb6＝±Vπ/2，DPMZM2在频率为fLO的本振信号驱动下输出频率为fC±fLO的载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：马健新，陈豆，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11