本发明专利技术公开了一种光脉冲间谐波提取方法，属于微波光子技术领域。将第一光脉冲输入由一余弦微波信号驱动的光开关，通过光开关的通断改变第一光脉冲的重复频率，得到第二光脉冲，该余弦微波信号通过对压控振荡器发出的微波信号进行幅相调控得到；使用鉴相模块对第二光脉冲与压控振荡器发出的微波信号进行鉴相，得到两者间的相位差；以该相位差作为反馈对所述压控振荡器进行反馈控制，当系统稳态时，压控振荡器所发出微波信号的频率被同步到第一光脉冲重复频率的间谐波上，第二光脉冲的重复频率也实现了对第一光脉冲重复频率的分频。本发明专利技术还公开了一种光脉冲间谐波提取装置。本发明专利技术可突破现有基于微波光子鉴相器产生微波信号的频率限制问题。的频率限制问题。的频率限制问题。
【技术实现步骤摘要】
光脉冲间谐波提取方法及装置
[0001]本专利技术涉及一种光脉冲间谐波提取方法及装置，属于微波光子
技术介绍
[0002]利用锁模技术产生的光脉冲具有丰富的频率分量和极低的抖动特性，从中提取出的具有低相位噪声特性的微波信号可以提升通信、雷达等系统的性能。就如何提取低相噪微波信号，研究人员进行了大量的研究。最直接的方法就是利用光电探测器将光脉冲信号转换为电脉冲信号，再通过滤波器选择合适的频率。该方法需要一个高线性、高功率的光电探测器，但是其得到的微波信号功率往往在0dBm以下。为了得到残余噪声更低的微波信号，可以将锁模激光器锁定到一个光学超稳腔上。另一种方法是构建一个微波光子鉴相器，再通过搭建锁相环将微波信号锁定到光脉冲重复频率的谐波上。该方法有效提升了得到的微波信号功率。上述两种方法，均可以通过一个马赫增德尔干涉仪(MZI)倍频结构大幅提升微波信号在高频偏处的相噪性能。直接拍频法产生了10kHz频偏处相噪
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172dBc/Hz的12GHz微波信号(Xie X,Bouchand R,Nicolodi D,et al.Photonic microwave signals with zeptosecond
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level absolute timing noise[J].Nature Photonics,2017,11(1):44
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47.)，微波光子鉴相器法得到了残余噪声
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174dBc/Hz的微波信号(Ahn C,Na Y,Hyun M,et al.Synchronization of an optical frequency comb and amicrowave oscillator with 53zs/Hz 1/2resolution and 10
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20
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level stability[J].Photonics Research,2022,10(2):365
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372.)。需要注意的是，虽然MZI结构大大提升了相噪性能，但是对脉冲重复频率的倍频导致可提取的频率数量减少。如何从稳定的光脉冲中提取更多的频率成为亟待解决的问题。传统的方法是对产生的微波信号进行分频处理，再混频，扩大可获取的频率范围。但是有源分频器会引入额外的相位噪声，混频效率的不足也使得获取的微波信号信噪比大大降低，从而恶化相噪。采用微波光子学方法，可以将锁模激光器与一信号发生器同步，利用信号发生器产生一个开关信号驱动光开关，在光脉冲通过开关时，部分脉冲通过，部分不通过，这样就降低了脉冲的重复频率，也就扩大了可提取信号的频率范围。但是该方法需要一个外部信号源，同时当脉冲重复频率较为特殊(非10MHz、100MHz，而是如133MHz，204MHz这样)，就加大了同步难度。为了避免这种开关结构，研究人员提出了利用电光调制器的非线性效应实现分数阶的谐波锁模(Bahmanian M,Kress C,Scheytt J C.Locking of microwave oscillators on the interharmonics of mode
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locked laser signals[J].Optics Express,2022,30(5):7763
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7771.)。但是该方法需要很高的微波功率。
[0003]综上可知，目前基于微波光子鉴相器的微波信号产生，主要还是产生与重频谐波频率相同的信号。如何利用微波光子鉴相器突破该重频限制，尚需进一步研究。
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，提供一种光脉冲间谐波提取方法，可突破现有基于微波光子鉴相器产生微波信号的频率限制问题，同时对光脉冲重复
频率进行精准的分频。
[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]一种光脉冲间谐波提取方法，将第一光脉冲输入一个光开关，该光开关由一余弦微波信号驱动，通过光开关的通断改变第一光脉冲的重复频率，得到第二光脉冲，所述余弦微波信号是通过对压控振荡器发出的微波信号进行幅相调控得到；使用鉴相模块对第二光脉冲与压控振荡器发出的微波信号进行鉴相，得到两者间的相位差；以所述相位差作为反馈信号，对所述压控振荡器进行反馈控制，当整个系统处于稳态时，压控振荡器所发出微波信号的频率被同步到第一光脉冲重复频率的间谐波上，第二光脉冲的重复频率也实现了对第一光脉冲重复频率的分频。
[0007]进一步地，在对第二光脉冲与压控振荡器发出的微波信号进行鉴相前，先令第二光脉冲经过一个可饱和吸收体。饱和吸收体的自身性质决定了高峰值功率脉冲可以通过，低峰值功率脉冲被抑制，因而可以进一步抑制掉不需要的时域脉冲分量。
[0008]优选地，所述鉴相模块包括一个双偏振双驱动马赫增德尔调制器，其射频输入连接一个一分二微波功分器，其光纤输出连接一个偏振分束器，偏振分束器的两个输出端口接入一个低速平衡探测器。
[0009]优选地，所述鉴相模块还可以为一个经由光纤顺次首尾连接的2
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2光耦合器、相位调制器、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，环路的两个输出端接入一个低速平衡探测器。
[0010]优选地，所述光开关为马赫增德尔调制器。
[0011]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0012]一种光脉冲间谐波提取装置，包括：
[0013]光开关，用于通过该光开关的通断改变第一光脉冲的重复频率，得到第二光脉冲，该光开关由一余弦微波信号驱动，所述余弦微波信号是通过对压控振荡器发出的微波信号进行幅相调控得到；
[0014]鉴相模块，用于对第二光脉冲与压控振荡器发出的微波信号进行鉴相，得到两者间的相位差；
[0015]反馈控制模块，用于以所述相位差作为反馈信号，对所述压控振荡器进行反馈控制，当整个系统处于稳态时，压控振荡器所发出微波信号的频率被同步到第一光脉冲重复频率的间谐波上，第二光脉冲的重复频率也实现了对第一光脉冲重复频率的分频。
[0016]进一步地，该装置还包括：
[0017]可饱和吸收体，设置于光开关输出端与鉴相模块输入端之间。
[0018]优选地，所述鉴相模块包括一个双偏振双驱动马赫增德尔调制器，其射频输入连接一个一分二微波功分器，其光纤输出连接一个偏振分束器，偏振分束器的两个输出端口接入一个低速平衡探测器。
[0019]优选地，所述鉴相模块还可以为一个经由光纤顺次首尾连接的2
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2光耦合器、相位调制器、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，环路的两个输出端接入一个低速平衡探测器。
[0020]优选地，所述光开关为马赫增德尔调制器。
[0021]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光脉冲间谐波提取方法，其特征在于，将第一光脉冲输入一个光开关，该光开关由一余弦微波信号驱动，通过光开关的通断改变第一光脉冲的重复频率，得到第二光脉冲，所述余弦微波信号是通过对压控振荡器发出的微波信号进行幅相调控得到；使用鉴相模块对第二光脉冲与压控振荡器发出的微波信号进行鉴相，得到两者间的相位差；以所述相位差作为反馈信号，对所述压控振荡器进行反馈控制，当整个系统处于稳态时，压控振荡器所发出微波信号的频率被同步到第一光脉冲重复频率的间谐波上，第二光脉冲的重复频率也实现了对第一光脉冲重复频率的分频。2.如权利要求1所述光脉冲间谐波提取方法，其特征在于，在对第二光脉冲与压控振荡器发出的微波信号进行鉴相前，先令第二光脉冲经过一个可饱和吸收体。3.如权利要求1或2所述光脉冲间谐波提取方法，其特征在于，所述鉴相模块包括一个双偏振双驱动马赫增德尔调制器，其射频输入连接一个一分二微波功分器，其光纤输出连接一个偏振分束器，偏振分束器的两个输出端口接入一个低速平衡探测器。4.如权利要求1或2所述光脉冲间谐波提取方法，其特征在于，所述鉴相模块为一个经由光纤顺次首尾连接的2
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2光耦合器、相位调制器、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，环路的两个输出端接入一个低速平衡探测器。5.如权利要求1或2所述光脉冲间谐波提取方法，其特征在于，所述光开关为马赫增德尔调制器。6....
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚梅，邵琨麟，潘时龙，李平，高鹏辉，杨锋，苗坤，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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