本发明专利技术提出了一种新型的产生任意波形的方法，采用光学注入锁定技术，使得多路光信号保持相对稳定的状态，从而利用这些光学信号的差频组成各次谐波分量来实现任意波形的产生。宽谱光源先后通过光隔离器和一系列分光棱镜注入到多个分布反馈式半导体激光器中，调节每个激光器的工作温度和电流，实现模式锁定。通过调节激光器的空间位置和输出光路中的可调光功率衰减器分别改变其输出光信号的相位和幅度。最后已经调整好相位和幅度的各路差频信号经过光路耦合即可实现任意波形的产生。本方法可以实现频率为几GHz或者几十GHz的任意波形的产生。本发明专利技术可广泛应用于超高频任意信号发生设备制造，通信系统的测试，雷达通讯等诸多领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波信号源
，涉及一种。
技术介绍
波形发生器是在电路设计、调试与测量中应用很多的一种信号发生装置和信号源。一般的信号源仅能产生几种固定形状的波形，而任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator)可以创造和产生任何可以设想的波形，其先导性、易用性和灵活性大大方便人们的设计与调试。AWG对于模拟现场信号和各种信号合成能产生各种各样的波形。随着科技研究的不断深入和领域拓展，要求用于模拟的信号更加复杂、多样。例如，通信的每一步发展，都要求不同的测试信号。汽车功能和可靠性的提高，也伴随着使用更多、更复杂的信号。材料科学、生命科学等诸多领域，都要求用任意波形发生器产生复杂的信号。任意波形发生器是一种特殊的信号源，目前信号发生的主要实现方法有直接模拟法和直接数字法两种。一、直接模拟法传统函数发生器结构如图1所示，一般都是由自由振荡器产生原始波形，然后经过转换电路将原始波形转换成其他波形。三角波是由振荡器产生的，方波是三角波通过比较器转变而成的，正弦波是三角波通过一个波形整形电路(正弦波整形器)演变而来的，所需要的波形经过放大和衰减输出，显然这种方式的结构简单，实现起来比较容易，主要应用在频率为几十MHz的波形的产生，但是其产生的波形种类有限，每增加一种波形，都要增加相应的转换电路，整个电路变得很复杂。二、直接数字法直接数字法是采用直接数字合成DDS(direct digital synthesis)的方法实现信号产生。基于DDS任意波形发生器的基本结构及原理，如图2所示每经过一个时钟周期， 相位累加器(PAR)都向总相位中增加一个新相位。当前PAR中的所有相位都被用来访问参考波形存储器。PAR的容量一般要比波形存储器的容量大得多。其波形存储器的实际参考输出却是向上舍入或截断而访问下一个地址中的结果。增加了一定数量的连续相位之后， PAR将会溢出，每溢出一次剩余相位会有不同取值，这就使得输出波形的地址在参考波形存储器中不断向前推进。尽管某一单个循环只是近似准确，但平均输出频率可达到非常高的分辨率。因此，这种方式的优点在于它非常高的频率分辨率和快速输出转换能力，但是其相位抖动尤其是在高频输出状态下的相位抖动比传统的任意波形发生器中的多，所以，基于 DDS的任意波形发生器一般不适于用来产生高速任意波形。通过上面的介绍可以看出，现有的任意波形发生器的设计方法各有优缺点，但都存在的缺陷是产生信号的最高频率一般只能达到几十MHz。
技术实现思路
本专利技术目的是解决现有的任意波形发生器产生信号的最高频率较低一般只能达到几十MHz的问题，提出一种基于光学注入锁定的任意波形发生器，通过光学注入锁定的方法，把宽带梳状谱信号注入到各个Dra激光器中，经过模式锁定的Dra激光器产生的光信号产生的差频信号的相位、频率、幅度稳定，并且能通过简单的方法分别对其进行调节，然后进行各次谐波的合成，这样就可以得到想要的波形。本专利技术提供的，利用该方法构成的发生器主要包括注入锁定的宽谱光源、光隔离器、以及由一组分布反馈式半导体激光器 (DFB-LD)、消偏振分光棱镜和可调光功率衰减器构成的分布反馈式半导体激光器阵列；第一，注入锁定的宽谱光源通过光隔离器后，经过一组消偏振分光棱镜分束后注入到一组激光器中。第二，调节每个激光器的工作温度和电流，使其发光模式波长与想锁定的谱线在锁定范围内进行模式锁定。第三，锁定后的激光器，通过调节激光器的空间位置和输出光路中的可调光功率衰减器分别改变信号的相位和幅度。最后，已经调整好相位和幅度的各路信号经过消偏振分光棱镜进行光路耦合得到差频信号，即是各次谐波分量，这样就可以实现任意波形的产生。所述的分布反馈式半导体激光器阵列包括2"个分布反馈式半导体激光器、2n+1_l 个消偏振分光棱镜和2"个可调光功率衰减器，η >1，一旦给定η的值，则上述器件个数就是确定的；宽谱光源通过光隔离器经过2η+1-1个消偏振分光棱镜1 1分束后注入各激光器中，每个激光器与宽谱光源之间有η+1个消偏振分光棱镜，各激光器输出的光信号用消偏振分光棱镜进行光路耦合汇总后输出。消偏振分光棱镜在注入激光器时和激光器输出时分别是分束和合束的作用，各激光器输出时经过耦合的分光棱镜数量可以不同或者相同。所述的用于注入锁定的宽谱光源可以是经微波信号调制的直调激光器、锁模激光器也可以是具有宽谱特征的其他频率梳光源。所述的消偏振分光棱镜可以是偏振分、合束器，也可以是任何具有对光路进行分束和合束且不影响光的偏振态的功能的器件代替。所述可调光功率衰减器可以是渐变中性密度滤光片，也可以是任意能够调节空间光束功率的器件。所述设计可以是完全由分立元件构建的系统，也可以部分器件由基于波导结构的光集成芯片构成，其中消偏振分光棱镜、激光器可以单片集成。本专利技术用于注入锁定的宽带梳状谱信号是通过消偏振分光棱镜进行光的分束， DFB激光器输出的信号也通过消偏振分光棱镜进行光的合束。同采用普通光纤分束、合束器相比，空间光路尽可能大的消除了光偏振态的影响。用于光的分束合束的消偏振分光棱镜对光信号的相位、偏振态几乎无影响，反射、 透射光功率比为1 1，保证注入到各个DFB激光器中的信号功率几乎相等，便于系统初始化和调试。锁定后的DFB激光器发出的信号波形，可以通过调节激光器与系统输出端的相对位移改变信号波形的相位，可以通过调节激光器输出处的可调光功率衰减器来改变信号波形的幅度。所述各个被锁定的DFB激光器输出的光是相位、幅度稳定的光信号。所述被锁定的DFB激光器的个数越多，得到的差频信号就越多，即谐波分量就越多，最后产生的信号波形质量也越高，与想要产生的波形的拟合度就越高。所述DFB激光器的波长调谐可以通过调节温度实现，也可以通过调节电流实现。所述有源器件仅包括激光器、微波源，其它均为无源器件，因此该系统具有极高的稳定性，几乎无需维护。本专利技术的优点和有益效果本专利技术利用光学注入锁定技术设计了一种产生任意波形的方法，该设计系统具有结构简单，稳定度高，可拓展性强，产生的信号复杂度高等优点，与现有的任意波形发生器设计方法相比，具有以下几点优势一、产生信号波形频率高。本设计中被注入锁定的DFB 激光器工作波长均在1550nm附近，各路激光器发出的光波的差频作为合成波的谐波，因此合成后的信号波形频率能达到几GHz甚至几十GHz。二、产生信号波形与目的波形拟合度高。本设计中可以增加DFB激光器的个数，从而增加参与合成的谐波的个数，波形的细节也就越好，进而提高最后产生的信号波形与目的波形拟合度。三、产生信号波形稳定度高。本设计中宽带梳状谱信号产生之后的所有光路均在空间中传输，所有光路的分束、合束均通过消偏振分光棱镜来实现，克服了光的偏振态对信号波形的稳定度影响。而且，通过注入锁定的方法，各个DFB激光器发出的光信号线宽窄，相位、幅度稳定。从而保证了得到的各个差频信号波形具有很高的稳定度。基于上述优点，本专利技术可广泛应用于超高频任意信号发生设备制造，通信系统的测试，雷达通讯，材料科学、生命科学等诸多领域。附图说明图1为传统函数发生器结构。图2为基于DDS的任意波形发生器的结构。图3为基于光学注入锁定的任意波形发生器示意图。图4为基于光学注入锁定的任意本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于晋龙，孙斌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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