CN104333421A - 基于全光积分器的三角形脉冲信号产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置，该装置包括：多波长激光器、第一强度调制器，第一码型发生器，光滤波器，光放大器，光纤，第二强度调制器，第二码型发生器，可调色散补偿器，光电探测器和采样示波器。本发明采用全光信号处理方案，结构简单，成本低，响应速度快，功率损耗小，克服了传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁干扰等方面的劣势。

Description

基于全光积分器的三角形脉冲信号产生装置

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，更具体的说是一种基于全光积分器的三角形脉冲信号产生装置。

背景技术

近几年，基于光子技术产生任意波形信号的技术吸引了许多领域研究人员广泛的关注，其中包括现代雷达和天线、射频通信系统、电子测试系统、电子对抗系统、以及全光信号处理和操纵等领域，微波技术与光子技术相互融合成为科技进步的必然趋势，其中，基于光子技术产生三角形脉冲微波信号具有独特的重要性。利用光子技术产生脉冲信号，一方面克服了电子技术产生三角形脉冲微波信号存在的电子瓶颈，另一方面充分利用了光子技术的先天优势，如损耗低、重量轻、带宽大、速度快、抗电磁干扰和频率响应平坦等诸多优点。

产生高质量的三角形脉冲微波信号是一些微波应用的关键和基础。基于光子技术产生的三角形脉冲微波信号可以无缝的与全光信号处理技术以及光载射频系统进行融合，大大降低了电子技术产生三角形脉冲微波信号的成本以及体积和重量，光子技术产生三角形脉冲微波信号实现了微波技术不可能实现的任务。因此，基于光子技术产生脉带可调谐以及占空比可调谐的三角形脉冲微波信号具有重要的战略意义以及迫切的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置，以克服传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁干扰等方面的劣势。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于全光积分器的三角形脉冲信号产生装置，该装置包括：多波长激光器、第一强度调制器，第一码型发生器，光滤波器，光放大器，光纤，第二强度调制器，第二码型发生器，可调色散补偿器，光电探测器和采样示波器，其中：

所述多波长激光器用于向第一强度调制器提供连续多波长光载波信号；

所述第一码型发生器与所述第一强度调制器连接，用于产生电信号并输出至所述第一强度调制器的射频端口，作为调制信号；

所述第一强度调制器用于根据所述调制信号对于接收到的连续多波长光载波信号进行强度调制，将时间上连续的光载波信号调制为时间上分立的光载波信号，并提供给光滤波器；

所述光滤波器用于对于接收到的光载波信号进行光谱整形；

所述光放大器用于将光谱整形后的光载波信号进行放大，以补偿连续光信号功率的衰减，并输出至光纤；

所述光纤用于拉伸接收到的光载波信号的持续时间；

所述第二码型发生器与所述第二强度调制器连接，用于产生离散方波脉冲信号，并输出至所述第二强度调制器的射频端口，作为调制信号；

所述第二强度调制器与所述光纤连接，用于根据所述调制信号对于接收到的光载波信号进行强度调制，即为时域上色散开的多波长光载波信号中每一个波长的光载波信号加载方波信号，并将加载方波信号后的光信号提供给可调色散补偿器；

所述可调色散补偿器用于调节接收到的光信号出现的时间差，利用全光积分原理对于时间上重叠的信号进行强度叠加；

所述光电探测器用于将接收到的光信号进行光电转换，得到三角形脉冲微波信号；

所述采样示波器用于测量产生的三角形脉冲微波信号，观测所述微波信号的时域波形。

其中，所述离散方波脉冲信号的占空比和脉宽可调谐。

其中，所述可调色散补偿器在光载波信号中心波长左右的色散值相反。

其中，所述光纤为单模光纤、色散补偿光纤或啁啾光纤光栅。

其中，所述多波长激光器为半导体激光器或光纤激光器。

其中，所述多波长激光器由光学频率梳或脉冲激光器来代替。

其中，所述强度调制器采用铌酸锂晶体、半导体聚合物或有机聚合物制作。

其中，所述光滤波器由基于硅基液晶技术的波形整形器、波分复用器、光纤光栅或可编程波形整形器来代替。

其中，所述可调色散补偿器为啁啾光纤光栅。

其中，所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管，采用磷化铟材料或硅基材料来制作。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置，由于采用全光信号处理的方案，所以克服了传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁干扰等方面的劣势；

2、本发明提供的基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置，由于利用全光积分器来实现三角形脉冲微波信号的产生，所以结构简单，成本低，全光处理不涉及到电光转化，响应速度快，功率损耗小，可以产生任意脉宽以及任意占空比的脉冲微波信号。另外，本发明技术方案的相关器件均为市场上可以购买的器件，故本发明技术方案可以实现实用化，结构稳定，成本低廉。

附图说明

图1是本发明基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置的结构示意图；

图2是本发明基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置的原理示意图；

图3是本发明基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置的实验结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的基于全光积分器的角形脉冲信号产生三装置，利用全光积分器产生三角形脉冲微波信号。多波长光源发出的多波长光载波信号在时域上是连续的，首先通过强度调制器将时域上连续的光载波信号斩断为时域上分立的光载波信号，然后通过光纤进行持续时间的拉伸，时域上分立的光载波信号入射到强度调制器加载方波信号，此时每一个光载波加载一套方波信号，方波信号的脉宽以及占空比都可以调节，然后将强度调制之后的光信号入射到色散补偿模块进行色散补偿即色散管理，此处的色散补偿模块需要满足在光载波信号中心波长λ₁处色散值为0，大于λ₁和小于λ₁的色散值要相反，因为全光积分器的积分过程中，光信号的强度只会增加不会减小，所以λ₁的左右两个方向的群速度色散值要相反，这样才可以产生三角形脉冲的正负边沿。

图1是本发明基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：多波长激光器1、第一强度调制器2，第一码型发生器3，光滤波器4，光放大器5，光纤6，第二强度调制器7，第二码型发生器8，可调色散补偿器9，光电探测器10和采样示波器11，其中：

所述多波长激光器1用于向第一强度调制器2提供连续多波长光载波信号；

所述第一码型发生器3与所述第一强度调制器2连接，用于产生电信号并输出至所述第一强度调制器2的射频端口，作为调制信号；

所述第一强度调制器2用于根据所述调制信号对于接收到的连续多波长光载波信号进行强度调制，将时间上连续的光载波信号调制为时间上分立的光载波信号，并提供给光滤波器4；

所述光滤波器4用于对于接收到的光载波信号进行光谱整形；

所述光放大器5用于将光谱整形后的光载波信号进行放大，以补偿连续光信号功率的衰减，并输出至光纤6；

所述光纤6用于拉伸接收到的光载波信号的持续时间，所拉伸的长度与后续强度调制的速率有关；

所述第二码型发生器8与所述第二强度调制器7连接，用于产生一定占空比以及一定码宽的离散方波脉冲信号，并输出至所述第二强度调制器7的射频端口，作为调制信号，其中，所述离散方波脉冲信号的占空比和脉宽可调谐；

所述第二强度调制器7与所述光纤6连接，用于根据所述调制信号对于接收到的光载波信号进行强度调制，即为时域上色散开的多波长光载波信号中每一个波长的光载波信号加载方波信号，并将加载方波信号后的光信号提供给可调色散补偿器9；

所述可调色散补偿器9用于调节接收到的光信号出现的时间差，使其出现时间上的重叠，并对于时间上重叠的信号进行强度叠加，实现全光积分；

需要注意的是，所述可调色散补偿器9在光载波信号的中心波长λ₁左右的色散值要相反，比如在光载波信号中心波长λ₁处的色散值为0，大于λ₁和小于λ₁处的色散值相反。这是因为全光积分器在积分过程中，光信号的强度只会增加不会减小，所以中心波长λ₁的左右两个方向的群速度色散值要相反，这样才可以产生三角形脉冲的正负边沿。

所述光电探测器10用于将接收到的光信号进行光电转换，将光信号转换为电信号，得到三角形脉冲微波信号；

所述采样示波器11用于测量产生的三角形脉冲微波信号，观测所述微波信号的时域波形。

其中，所述多波长激光器1可以是半导体激光器或光纤激光器，也可以使用光学频率梳或脉冲激光器来代替。

所述强度调制器2、7可以采用铌酸锂晶体、半导体聚合物(如硅基调制器、磷化铟调制器以及Ⅲ-Ⅴ型调制器)或有机聚合物(如石墨烯调制器)制作。

所述码型发生器3、8可以是方波码型发生器也可以是任意波形发生器。

所述光滤波器4可以由基于硅基液晶技术的波形整形器、波分复用器、光纤光栅或可编程波形整形器来代替。

所述光纤6可以是标准单模光纤、色散补偿光纤或啁啾光纤光栅。

所述可调色散补偿器9可以是一段特种光纤、啁啾光纤光栅或者可调色散补偿模块。

所述光电探测器10可以是光电二极管或光电倍增管，可采用磷化铟材料或硅基材料来制作。

所述采样示波器11可采用泰克的采样示波器也可采用安捷伦的采样示波器，如果产生微波信号的相位很稳定时可以应用实时示波器来采集。

所述三角形脉冲微波信号产生装置工作时，多波长激光器输出的多波长光载波信号首先入射到强度调制器进行强度调制，将时域连续的光载波信号斩断为时域离散的光载波信号。然后该光载波信号入射到光滤波器，进行光谱整形，整形后的光谱入射到光放大器，来补偿光功率的衰减。然后光信号入射到光纤实现持续时间的拉伸，之后光载波信号入射到第二强度调制器实现方波信号的加载，即每一个光载波信号加载一组脉宽和占空比均可调谐的方波信号。加载方波信号后的光信号入射到可调色散补偿器实现三角波信号的产生，其中可调色散补偿器在光载波的中心波长λ₁左右的色散值要求相反，这样就可以利用时间积分的方法实现三角形微波脉冲的产生。

图2(a)-图2(f)给出了本发明基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置的原理示意图，首先多波长激光器输出多个光载波信号，如图2(a)所示，其中，光载波信号的中心波长为λ₁；随后将时间上连续的光载波信号色散为时间上分立的光载波信号，如图2(b)所示；然后将每一个波长的光载波信号上加载离散的方波信号，方波信号的占空比和脉宽可调谐，如图2(c)-图2(e)所示；然后通过色散补偿器实现方波脉冲的光强度叠加，叠加之后的光脉冲信号即为三角形脉冲微波信号，如图2(f)所示。

图3为利用本发明基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置产生的脉宽和占空比可调的三角形脉冲微波信号示意图，该图为类似结果图，其中，图3(a)和图3(c)所示为脉宽和占空比不同的调制方波脉冲，图3(b)和图3(d)所示分别为利用图3(a)和图3(c)所示脉冲调制的、通过采样示波器采集得到的三角形脉冲微波信号的时域波形，由图3可知，本发明所产生的三角形脉冲微波信号的正斜率和负斜率的绝对值相等，波形镜像对称。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于全光积分器的三角形脉冲微波信号产生装置，其特征在于，该装置包括：多波长激光器、第一强度调制器，第一码型发生器，光滤波器，光放大器，光纤，第二强度调制器，第二码型发生器，可调色散补偿器，光电探测器和采样示波器，其中：

所述多波长激光器用于向第一强度调制器提供连续多波长光载波信号；

所述第一码型发生器与所述第一强度调制器连接，用于产生电信号并输出至所述第一强度调制器的射频端口，作为调制信号；

所述第一强度调制器用于根据所述调制信号对于接收到的连续多波长光载波信号进行强度调制，将时间上连续的光载波信号调制为时间上分立的光载波信号，并提供给光滤波器；

所述光滤波器用于对于接收到的光载波信号进行光谱整形；

所述光放大器用于将光谱整形后的光载波信号进行放大，以补偿连续光信号功率的衰减，并输出至光纤；

所述光纤用于拉伸接收到的光载波信号的持续时间；

所述第二码型发生器与所述第二强度调制器连接，用于产生离散方波脉冲信号，并输出至所述第二强度调制器的射频端口，作为调制信号；

所述第二强度调制器与所述光纤连接，用于根据所述调制信号对于接收到的光载波信号进行强度调制，即为时域上色散开的多波长光载波信号中每一个波长的光载波信号加载方波信号，并将加载方波信号后的光信号提供给可调色散补偿器；

所述可调色散补偿器用于调节接收到的光信号出现的时间差，利用全光积分原理对于时间上重叠的信号进行强度叠加；

所述光电探测器用于将接收到的光信号进行光电转换，得到三角形脉冲微波信号；

所述采样示波器用于测量产生的三角形脉冲微波信号，观测所述微波信号的时域波形。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离散方波脉冲信号的占空比和脉宽可调谐。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调色散补偿器在光载波信号中心波长左右的色散值相反。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤为单模光纤、色散补偿光纤或啁啾光纤光栅。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多波长激光器为半导体激光器或光纤激光器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多波长激光器由光学频率梳或脉冲激光器来代替。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述强度调制器采用铌酸锂晶体、半导体聚合物或有机聚合物制作。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光滤波器由基于硅基液晶技术的波形整形器、波分复用器、光纤光栅或可编程波形整形器来代替。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调色散补偿器为啁啾光纤光栅。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管，采用磷化铟材料或硅基材料来制作。