一种基于相移增益比的微波光子频率测量装置制造方法及图纸

一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置,属于微波光子学技术领域。由可调激光器、耦合器、相位调制器、强度调制器、矢量网络分析仪、微波信号源、直流稳压电源、隔离器、单模光纤、掺铒光纤放大器、环形器和光电转换器组成。本发明专利技术采用双边带调制，通过第二个峰值实现粗略测量，避免未知信号频率值在V

【技术实现步骤摘要】
一种基于相移增益比的微波光子频率测量装置


[0001]本专利技术属于微波光子学
，具体涉及一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置。

技术介绍

[0002]微波频率测量技术在信息化战争中的电子对抗、频谱监测、通信情报等领域有重要的应用价值，受到广泛的关注和研究。传统的电学微波频率测量技术由于射频器件在高频段具有极大的损耗，无法支持超宽带、多频段射频信号处理能力，并且在复杂噪声背景下，抗电磁干扰能力较差。这些限制严重影响系统性能的提升，已难以应对当下复杂的电磁环境和军事及民用需求。而新兴的微波光子学技术兼顾了微波和光子学的优势，很好的解决了电子学瓶颈的问题，在宽带微波信号传输、感知和处理中展现出了巨大的优势和潜力。其具有频率范围宽、瞬时带宽大、功率损耗低、抗电磁干扰等固有优点。因此，微波光子技术开辟了微波频率测量技术的全新思路，将在天文、卫星通信和电子战等领域有重要的应用。
[0003]随着微波光子技术的逐渐发展，基于微波光子学的微波频率测量方法层出不穷，主要分为以下几种类型，频率到功率的映射、频率到时间的映射、四波混频效应，以及受激布里渊效应等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置。
[0005]本专利技术所述的一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置，如图1所示，由可调激光器、耦合器、相位调制器、强度调制器、矢量网络分析仪、微波信号源、直流稳压电源、隔离器、单模光纤、掺铒光纤放大器、环形器和光电转换器组成。
[0006]可调激光器输出的光信号进入到5:5的耦合器中，耦合器将光信号分为第一和第二支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，输出的相位调制信号经过隔离器进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的探测光；隔离器具有单向传输特性，光信号从相位调制器到单模光纤传输方向的衰减比较小，而从单模光纤到相位调制器传输方向的衰减则很大，所以环形器2口输出的光信号经过隔离器后通过的光信号很少，不会对相位调制器产生影响，保证了相位调制器处于稳定的工作状态，并且损耗光信号的功率较少；耦合器输出的第二支路的光信号输入到强度调制器中，待测频率为f
x
的微波信号由微波信号源输出，通过强度调制器的射频端口输入；强度调制器的直流偏置端与直流稳压电源相连接，通过直流稳压电源给强度调制器施加直流偏置电压，使强度调制器工作在最小传输点，实现载波被抑制的双边带调制；强度调制器输出的载波被抑制的双边带信号进入掺铒光纤放大器中放大，放大后的光信号通过环形器的1口输入2口输出(环形器1的工作方向如图1中所示，即光信号从1端口输入2端口输出，从2端口输入从3端口输出)，进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的泵
浦光；当泵浦光与探测光之间的频率间隔为布里渊频移量V
B
时，受激布里渊散射效应发生，产生洛伦兹形状的增益谱和正弦形状的相移谱，使探测光的幅度发生增益或者衰减，相位也发生相应的变化，探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换；经受激布里渊散射效应处理的探测光从2端口进入到环形器，再从3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中去，由矢量网络分析仪测量出幅频特性曲线与相频特性曲线，进而实现未知信号频率f
x
的粗略测量和精确测量。
[0007]系统连接好之后，打开设备开关，使设备处于工作状态。可调激光器输出频率为f
c
的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二支路；第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列包含频率为f
s
的扫频微波信号调制(f
s
、f
s1
、f
s2
等，f
s1
＝f
s
+nΔV
B
，f
s2
＝f
s
+mΔV
B
，m、n为不相等的正整数)，这些扫频信号的频率间隔设置为ΔV
B
(ΔV
B
为在单模光纤中产生受激布里渊散射效应时布里渊增益的带宽)，这样能够保证测量时至少有一个扫频微波信号落在泵浦光产生的增益谱与相移谱之中。相位调制器输出的信号f
c
、f
c
±
f
s
、f
c
±
f
s1
、f
c
±
(f
s1
±
ΔV
B
)
……
f
c
±
f
s2
……
(如图2(1)所示，经过相位调制后两侧的信号相位相反)经过隔离器进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的探测光。耦合器输出的第二支路的光信号进入到强度调制器，频率为f
x
的待测微波信号由微波信号源产生并作为强度调制器的输入信号通过强度调制器的射频输入端口输入，调整与强度调制器相连的直流电压源的输出电压，使强度调制器工作在抑制载波的双边带调制状态，输出频率值为f
c
‑
f
x
和f
c
+f
x
的下边带和上边带信号，并且载波f
c
被抑制(如图2(2)所示)。输出信号经过掺铒光纤放大器放大后通过环形器的1口输入2口输出，进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光。当泵浦光与探测光的频率差值为布里渊频移量V
B
时，受激布里渊散射效应发生，产生增益谱与损耗谱以及相对应的相移谱(如图2(3)所示)，因此探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换。谱位置的变化会导致探测光幅度变化，同时探测光的相位也发生相应变化，经受激布里渊散射效应处理的频率为f
c
+f
s1
、f
c
+f
s2
和f
c
‑
f
s1
、f
c
‑
f
s2
的光信号从环形器的3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中，能得到与待测频率为f
x
的微波信号相关的幅频特性和相频特性曲线(如图2(4)所示)，可以通过幅频特性曲线的第二个峰值得到未知信号的粗略测量值(f
x
′
＝f
c
+f
s2
‑
V
B
)。
[0008]在正式进行实验前，为了实现精确测量需要分段构建相移增益比特性曲线，称之为标定曲线，分段的相移增益比特性曲线的构建方法如下：使微波信号源从图1所示装置能够测量的最小频率f
x1
开始，以微小步进(1MHz～5MHz)增加至频率为f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置，其特征在于：(1)由可调激光器、耦合器、相位调制器、强度调制器、矢量网络分析仪、微波信号源、直流稳压电源、隔离器、单模光纤、掺铒光纤放大器、环形器和光电转换器组成；(2)可调激光器输出的光信号进入到5:5的耦合器中，耦合器将光信号分为第一和第二支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，输出的相位调制信号经过隔离器进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的探测光；耦合器输出的第二支路的光信号输入到强度调制器中，待测频率为f
x
的微波信号由微波信号源输出，通过强度调制器的射频端口输入；强度调制器的直流偏置端与直流稳压电源相连接，通过直流稳压电源给强度调制器施加直流偏置电压，使强度调制器工作在最小传输点，实现载波被抑制的双边带调制；强度调制器输出的载波被抑制的双边带信号进入掺铒光纤放大器中放大，放大后的光信号通过环形器的1口输入2口输出进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光；当泵浦光与探测光之间的频率间隔为布里渊频移量V
B
时，受激布里渊散射效应发生，产生洛伦兹形状的增益谱和正弦形状的相移谱，使探测光的幅度发生增益或者衰减，相位也发生相应的变化，探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换；经受激布里渊散射效应处理的探测光从2端口进入到环形器，再从3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中去，由矢量网络分析仪测量出幅频特性曲线与相频特性曲线，进而实现未知信号频率f
x
的粗略测量和精确测量。2.如权利要求1所述的一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置，其特征在于：系统连接好之后，打开设备开关，可调激光器输出频率为f
c
的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二支路；第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列包含频率为f
s
的扫频微波信号调制f
s
、f
s1
、f
s2
……
，f
s1
＝f
s
+nΔV
B
，f
s2
＝f
s
+mΔV
B
，m、n为不相等的正整数，这些扫频信号的频率间隔设置为ΔV
B
，ΔV
B
为在单模光纤中产生受激布里渊散射效应时布里渊增益的带宽，这样能够保证测量时至少有一个扫频微波信号落在泵浦光产生的增益谱与相移谱之中；相位调制器输出的信号f
c
、f
c
±
f
s
、f
c
±
f
s1
、f
c
±
(f
s1
±
ΔV
B
)
……
f
c
±
f
s2
……
经过隔离器进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的探测光。3.如权利要求1所述的一种基于受激布里渊散射效应和相移增益比的微波光子频率测量装置，其特征在于：耦合器输出的第二支路的光信号进入到强度调制器，频率为f
x
的待测微波信号由微波信号源产生并作为强度调制器的输入信号通过强度调制器的射频输入端口输入，调整与强度调制器相连的直流电压源的输出电压，使强度调制器工作在抑制载波的双边带调制状态，输出频率值为f
c
‑
f
x
和f
c
+f
x
的下边带和上边带信号，并且载波f
c
被抑制；输出信号经过掺铒光纤放大器放大后通过环形器的1口输入2口输出，进入单模光纤中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光；当泵浦光与探测光的频率差值为布里渊频移量V
B

【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，王迪，张歆东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：