一种基于温控的色散延时光波束修正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于温控的色散延时光波束修正方法，采用数个电光变换通道连接天线单元或子阵，接收微波信号，每个通道对应一个天线单元或一个子阵，经电光变换，各通道将不同波长的微波信号加载至光信号，采用合波器件将不同波长的光信号合成一路光信号，采用数个光开关组成色散延时阵列，接收光信号，不同波长的光信号产生不同的延时差和渐变的相位差，分别控制每个光开关，调整各通道对应的光信号之间的延时差和相位差，减少非线性畸变，形成特定指向的波束。特定指向的波束。特定指向的波束。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温控的色散延时光波束修正方法


[0001]本专利技术属于光电
，具体涉及一种非线性抑制技术。

技术介绍

[0002]微波光子技术将光子的大带宽、低损耗优势应用于相控阵雷达等系统，可实现微波信号的远距离传输、任意波形信号的产生、超宽带信号的采样和宽带宽角波束的形成。
[0003]光波束形成网络是光控相控阵雷达实现宽带宽角扫描的重要组成部分，现阶段实现光真延时，大致分为两种技术：一种是传输延时，另一种是色散延时。
[0004]传输延时通过控制光传输介质的长度来实现延时，灵活度高，适用性广，但是需要的设备多，加工难度高。如果传输介质是光纤，高频段的加工精度在0.1mm以下，现有加工技术难以高效实现。如果传输介质是光波导，存在插入损耗和有效折射率的问题，大延时量遇到挑战。
[0005]色散延时通过改变光波长来实现各通道相对延时量的变化，由于介质存在色散效应，即使在相同的色散介质中，不同波长的光对应的延时量也不同。该方案实现简单，设备少，对光色散介质加工误差的容忍度高。通过机械测量即可将光纤长度的误差控制在0.1m以下，各通道间的最大延时差不超过0.04ps。
[0006]色散介质存在非线性效应，传统的等间隔波长会引起光波束畸变。如果分析色散延时的线性和非线性因素，将传统的等间隔光波长按照新方法调整控制，使其输出的波长阵列呈非等间隔分布，就能够抑制色散的非线性效应，改善畸变问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于温控的色散延时光波束修正方法，控制激光器温度，改变激光器阵列波长分布，不再遵循传统技术的等间隔分布，其间隔呈现非线性变化的规律，抑制色散的非线性效应，改善传统色散方案的光波束形成的畸变问题，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。
[0008]采用数个电光变换通道连接天线单元或子阵，接收微波信号，每个通道对应一个天线单元或一个子阵，经电光变换，各通道将不同波长的微波信号加载至光信号，采用合波器件将不同波长的光信号合成一路光信号，采用数个光开关组成色散延时阵列，接收光信号，不同波长的光信号产生不同的延时差和渐变的相位差，分别控制每个光开关，调整各通道对应的光信号之间的延时差和相位差，减少非线性畸变，形成特定指向的波束。
[0009]进一步的，利用波长间隔非线性变化与色散系数非线性变化趋势相反的特性，通过温控的方式调整激光器的波长，使激光器阵列的波长间隔与色散介质的非线性趋势相反，抵消色散延时造成的非线性畸变，使各通道的相对色散量保持线性关系。
[0010]具体的，设波长间隔Δλ的两个光波长在长度L、色散系数D(λ)的介质中产生的相对延时量Δτ＝D(λ)
×
L
×
Δλ，其中D(λ)包含线性项和非线性项，设波长λ的色散斜率S与色散系数之比RDS＝S/D是相对色散斜率，设基准波长的色散系数是D0，则D(λ)＝D0(1+RDS*Δ
λ)，设光速c和通道间隔d，则波束指向θ与通道之间的延时差sinθ＝Δτ
×
c/d，用sinθ＝D0(1+RDS
×
Δλ)
×
L
×
Δλ
×
c/d描述波束指向与色散系数的关系。
[0011]虽然色散系数随波长变化有微小变化，但是在一定波段范围内，相对色散斜率RDS基本保持不变，可以忽略更高阶的非线性色散量。
[0012]设第一个通道对应的波长λ1，第二个通道对应的波长λ2，
……
，第M个电光变换通道对应的波长λ
M
，不失一般性，设定λ1<λ2<
…
<λ
M
。修正共分为三个步骤：
[0013]步骤1：确定相邻通道的波长间隔比例。设第二和第一通道间波长差为X，则第三和第二通道波长差为(1
‑
RDS)*X，则第四和第三通道波长差为(1
‑
2*RDS)*X,以此类推，第M和第(M
‑
1)通道波长差为[1
‑
(M
‑
1)*RDS]*X。即随着波长的增大，色散系数增加，相邻两通道间的波长间隔减小。因此，第M个通道和第1个通道的波长总间隔T＝[(M
‑
1)
‑
(M
‑
1)*(M
‑
2)/2*RDS]*X。
[0014]步骤2：确定相邻通道的波长间隔值，并初步得到各通道的修正波长。为使修正前后总的波长差相同，令修正前的第M和第1个通道间的波长差也为T，即可得到第二和第一通道间波长差X，并可根据步骤1确定的比例得到每个相邻通道的波长差。令修正前后第1通道的波长相同，即初步得到各个通道的波长值。
[0015]步骤3：确定各通道的波长平移值，最终得到各通道的修正波长。按照步骤2，第1和第M通道的波长并未发生变化，而中间通道的波长与原有波长偏差最大。为尽可能复用针对ITU
‑
T标准波长的其他器件(如波分复用器)，需使各通道总偏差最小，则对所有波长进行平移。根据步骤2得到的修正波长值，与修正前各通道的波长进行比较，其中各通道波长的最大差值为P，出现在中间通道，则各通道波长均平移
‑
P/2。
[0016]其中完成步骤1即可通过波长设计方法，抑制色散的非线性偏差。而步骤2和步骤3的使用，则使修正前后波长差尽量小，可以尽可能复用针对ITU标准波长的其他器件(如波分复用器等)。
[0017]用Δλ
T
＝f(ΔT)描述温度变化与波长变化的关系，其中ΔT是激光器的初始温度与调整温度的差值，Δλ
T
是调整激光器温度造成的波长变化，则第N通道的调整波长λ
N,change
＝λ
N,修正后
‑
λ
N,修正前
，则第N通道需要的温度差ΔT＝f
‑1(Δλ
N,change
)。
[0018]进一步的，将激光器芯片置于温控台，测量激光器的波长，发送波长数据至控制台，根据需求的波长数值，控制温控台的温度，直至激光器的调整波长等于需求的波长。
[0019]本专利技术的有益效果：传统的色散延时光波束形成，激光器阵列的波长是等间隔分布，不能修正色散的非线性效应，通道数增加且色散延时量增加后，光波束会产生畸变，主瓣扩展，副瓣抬升，主副比降低，影响雷达探测的威力和精度；本专利技术控制每个激光器的温度，改变激光器阵列的波长，使其间隔按一定规律分布，抑制色散的非线性效应，提升各通道相对延时量的线性度，改善色散方案的光波束形成的畸变问题。
附图说明
[0020]图1是光波束形成流程图，图2是激光器温控原理图，图3是修正前后波长差值与对应通道的关系图，图4是等间隔的波束指向图，图5是修正后的波束指向图。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温控的色散延时光波束修正方法，其特征在于，包括：采用数个电光变换通道连接天线单元或子阵，接收微波信号，每个通道对应一个天线单元或一个子阵，经电光变换，各通道将不同波长的微波信号加载至光信号，采用合波器件将不同波长的光信号合成一路光信号，采用数个光开关组成色散延时阵列，接收光信号，不同波长的光信号产生不同的延时差和渐变的相位差，分别控制每个光开关，调整各通道对应的光信号之间的延时差和相位差，减少非线性畸变，形成特定指向的波束。2.根据权利要求1所述的基于温控的色散延时光波束修正方法，其特征在于，所述调整各通道对应的光信号之间的延时差和相位差，包括：利用波长间隔非线性变化与色散系数非线性变化趋势相反的特性，通过温控的方式调整激光器的波长，使激光器阵列的波长间隔与色散介质的非线性趋势相反，抵消色散延时造成的非线性畸变，使各通道的相对色散量保持线性关系。3.根据权利要求2所述的基于温控的色散延时光波束修正方法，其特征在于，所述波长间隔非线性变化与色散系数非线性变化趋势相反的特性，包括：设波长间隔Δλ的两个光波长在长度L、色散系数D(λ)的介质中产生的相对延时量Δτ＝D(λ)
×
L
×
Δλ，其中D(λ)包含线性项和非线性项，设波长λ的色散斜率S与色散系数之比RDS＝S/D是相对色散斜率，设基准波长的色散系数是D0，则D(λ)＝D0(1+RDS*Δλ)，设光速c和通道间隔d，则波束指向θ与通道之间的延时差sinθ＝Δτ
×
c/d，用sinθ＝D0(1+RDS
×
Δλ)
×
L
×
Δλ
×
c/d描述波束指向与色散系数的关系。4.根据权利要求3所述的基于温控的色散延时光波束修正方法，其特征在于，所述通过温控的方式调整激光器的波长，包括：设第一个通道对应的波长λ1，第二个通道对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵光灏，刘昂，翟计全，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：