一种基于微波光子技术的微波鉴相装置及锁相装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微波光子技术的微波鉴相装置，包括：光源，用于提供脉宽为飞秒量级的光脉冲序列；鉴相模块，其为环路中串接有DP

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波光子技术的微波鉴相装置及锁相装置


[0001]本专利技术涉及一种微波鉴相装置，尤其涉及一种基于微波光子技术的微波鉴相装置。

技术介绍

[0002]鉴相器在信号同步、低相噪微波提取、距离测量、相噪测量等系统中有重要应用，鉴相精度决定了这些系统的性能。传统微波鉴相采用电混频的方式，且参考源为单频信号，只能对某一频率进行鉴相。同时，混频器的噪声大，对鉴相精度有重要影响。微波源产生的微波相噪并非特别低，所以鉴相效果也并不好。综上，传统方式鉴相微波具有可调谐性能差、鉴相精度低，准确度不高的劣势。为了解决上述传统微波鉴相的问题，人们引入了微波光子技术。得益于光脉冲的大量的光谱分量且各分量之间高度相参的相位，光脉冲的脉宽和时间抖动均可以达到飞秒量级，这使得鉴相精度得到了前所未有的提升。针对利用飞秒脉冲进行鉴相，国内外一些课题组进行了大量的研究。在2006年，Kim Jungwon首先对高精度的微波光子鉴相器展开了研究(Kim J,F X,Ludwig F.Balanced optical-microwave phase detectors for optoelectronic phase-locked loops[J].Optics letters,2006,31(24):3659-3661.)，之后的很多结构也都在此鉴相器结构的基础上进行了修改。该结构为Sagnac环结构，Sagnac环中包含一个单向的相位调制器，从而在输出端将相位调制转为强度调制。该结构复杂，且操作繁琐。作为改进，后来又研究人员提出了平衡探测的方法(Jung K,Kim J.Subfemtosecond synchronization of microwave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers[J].Optics letters,2012,37(14):2958-2960.)，该结构包括一个飞秒脉冲作为参考源，利用Sagnac环两个输出端口的功率不平衡度与微波信号和光脉冲之间的相位差成比例的原理探测微波信号相位。在多数鉴相器均基于Sagnac环结构时，一种利用偏振调制器搭建的直线型微波光子鉴相技术被提出(Wei J,Zhang S,Kim J,et al.Compact phase detector for optical-microwave synchronization using polarization modulation[J].Journal of Lightwave Technology,2018,36(19):4267-4272.)，该结构将微波信号通过偏振调制器调到光的两个偏振态上，再经过串联了一个偏振控制器的偏振分束器，通过调节偏振控制器，使得光在通过偏振分束器后转为受正交信号调制的两束光，再进入平衡探测测器探测出相位信息。但是偏振调制器价格昂贵，当用光脉冲做参考源时，极高的峰值功率使得偏振调制器非常容易发生不可逆的损坏。
[0003]目前已有的鉴相器均是用一个调制器鉴相一个微波，当需对多个微波信号进行鉴相时，则需要搭建多个鉴相器，如何实现使用一个调制器同时对多个微波信号进行独立鉴相，且微波频率可以不同，尚未有相关研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于微波光子技术
的微波鉴相装置，可同时对两路微波信号的相位进行独立的准确探测，且结构简单，实现成本低。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006]一种基于微波光子技术的微波鉴相装置，包括：
[0007]光源，用于提供脉宽为飞秒量级的光脉冲序列；
[0008]鉴相模块，其为环路中串接有双偏振双驱动马赫增德尔调制器(DP-DMZM)的Sagnac环结构，用于将频率为所述光脉冲序列重频整数倍的两路微波信号相位调制于所述光脉冲序列的两个正交偏振态上，并令正、反向传播的调制光信号在Sagnac环结构的输出口形成干涉，从而令相位调制转变为强度调制，相位信息转变为强度信息；
[0009]偏振分离模块，用于将Sagnac环结构输出的两路光信号中的两个正交偏振态分离出来；
[0010]平衡探测模块，包括两个慢速平衡光电探测器，用于分别对偏振分离模块分离出的两路水平偏振态光信号和两路垂直偏振态光信号进行平衡探测，分别得到调制到水平偏振态上和垂直偏振态上的微波信号的相位。
[0011]作为其中一个优选方案，所述鉴相模块为经由光纤顺次首尾连接的2
×
2光耦合器、第一偏振控制器、双偏振双驱动马赫增德尔调制器、第二偏振控制器、π/2相移晶体所构成的Sagnac环结构，且在该Sagnac环结构一个输出端的外侧连接有光环形器。
[0012]作为另一个优选方案，所述鉴相模块为经由光纤顺次首尾连接的3
×
3光耦合器、第一偏振控制器、双偏振双驱动马赫增德尔调制器、第二偏振控制器所构成的Sagnac环结构。
[0013]优选地，所述光源为锁模激光器。
[0014]基于以上技术方案还可以得到以下技术方案：
[0015]一种基于微波光子技术的微波锁相装置，包括如上任一技术方案所述基于微波光子技术的微波鉴相装置以及用于根据鉴相结果分别对所述两路微波信号进行反馈控制的反馈控制系统。
[0016]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
[0017]一、本专利技术突破了传统电域鉴相的带宽限制，利用光脉冲的超窄脉宽特性，提高了鉴相精度；
[0018]二、本专利技术利用光脉冲频谱分量多的特性，可以实现多微波频率的鉴相，相比传统电域鉴相，可调谐性好；
[0019]三、本专利技术利用了光的正交偏振态，相比于其他微波光子鉴相技术，可以同时探测两个不同频率的微波信号，且两鉴相过程相互独立，同时可以切换为单微波鉴相；
[0020]四、本专利技术在鉴相微波时，光脉冲经过的路程是等长的，方便在一些测量系统中的应用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术微波鉴相装置的基本结构示意图；
[0022]图2为鉴相模块的一种具体结构示意图；
[0023]图3为鉴相模块的另一种具体结构示意图；
[0024]图4为鉴相模块的一个输出端，在正交偏振态上光脉冲受调制的示意图；
[0025]图5为DP-DMZM的内部结构示意图为；
[0026]图6为本专利技术微波锁相装置一个具体实施例的结构示意图；
[0027]图7为鉴相独立性实验验证结果图。
具体实施方式
[0028]针对现有技术不足，本专利技术的解决思路是利用偏振复用的思想对现有基于微波光子技术的微波鉴相装置进行改进，用光的正交偏振态分别鉴相一个微波信号，从而实现同时对两路微波信号的相位进行独立的准确探测，且简化系统结构，降低实现成本。
[0029]具体而言，本专利技术所提出基于微波光子技术的微波鉴相装置，包括：
[0030]光源，用于提供脉宽为飞秒量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微波光子技术的微波鉴相装置，其特征在于，包括：光源，用于提供脉宽为飞秒量级的光脉冲序列；鉴相模块，其为环路中串接有双偏振双驱动马赫增德尔调制器的Sagnac环结构，用于将频率为所述光脉冲序列重频整数倍的两路微波信号相位调制于所述光脉冲序列的两个正交偏振态上，并令正、反向传播的调制光信号在Sagnac环结构的输出口形成干涉，从而令相位调制转变为强度调制，相位信息转变为强度信息；偏振分离模块，用于将Sagnac环结构输出的两路光信号中的两个正交偏振态分离出来；平衡探测模块，包括两个慢速平衡光电探测器，用于分别对偏振分离模块分离出的两路水平偏振态光信号和两路垂直偏振态光信号进行平衡探测，分别得到调制到水平偏振态上和垂直偏振态上的微波信号的相位。2.如权利要求1所述基于微波光子技术的微波鉴相装置，其特征在于，所述鉴相模块为经...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚梅，邵琨麟，潘时龙，刘烁，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：