CN106124857A - 一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置，属于微波光子学的测量技术领域。所述装置包括：双驱动马赫增德尔调制器，用于将待测微波信号通过调制载波进行抑制载波单边带调制；电光波导法珀腔，用于通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理；探测器，用于探测所述电光波导法珀腔进行可调谐滤波处理后的信号，并当探测到信号时，确定所述待测微波信号的频率。本发明实施例通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理可以实现对信号的快速扫描，大大缩短了信号探测时间，从而可以实现对超短脉冲信号的频率测量。

Description

一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置
技术领域
本发明涉及一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置，属于微波光子学的测量技术领域。
背景技术
超短脉冲信号的频率测量在雷达系统中具有重要意义。但是现有的微波光子扫描式频率测量系统如基于受激布里渊散射、基于频移环等系统扫描时间较长，无法捕捉持续时间较短的超短脉冲信号。并且现有的频率测量系统结构复杂、价格昂贵且体积较大，很难与现有雷达系统配合使用。
发明内容
本发明提供了一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置，以解决现有技术中无法捕捉超短脉冲信号，且系统结构复杂、价格昂贵和体积大的问题，为此本发明采用如下的技术方案：
一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置，包括：
双驱动马赫增德尔调制器DDMZM，用于将待测微波信号通过调制载波进行抑制载波单边带调制；
电光波导法珀腔，用于通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理；
探测器，用于探测所述电光波导法珀腔进行可调谐滤波处理后的信号，并当探测到信号时，确定所述待测微波信号的频率。
本发明所述的基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理可以实现对信号的快速扫描，大大缩短了信号探测时间，从而可以实现对超短脉冲信号的频率测量。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一微波信号的频率测量方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的一基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的另一基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的一基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置中电光波导法珀腔220的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本具体实施方式提供了一种微波信号的频率测量方法，如图1所示，包括：
S110、将待测微波信号通过调制载波进行抑制载波单边带调制。
具体地，调制载波通过单色激光器产生。例如，待测微波信号频率为fs，调制载波频率为fc，调制载波信号为E＝Acos(2πfct)，其中A为振幅，以上边带调制为例，抑制载波上边带调制后的信号为E＝ABcos[2π(fc+fs)t]，其中A和B为振幅，若抑制载波下边带调制后的信号则为E＝ABcos[2π(fc-fs)t]。
S120、通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理以探测信号。
作为可选的，在所述调制载波通过单色激光器产生通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理以探测信号之前，还可以包括：将抑制载波单边带调制后的信号进行偏振态控制，得到偏振光束，所述偏振光束的方向与所述电光波导法珀腔内电场方向相同，一般为Z方向。
具体地，电光波导法珀腔通过扫描电压调节透射光谱的移动；通过透射光谱的移动对所述Z方向的偏振光束进行可调谐滤波处理后的信号进行探测。偏振态的控制会改变信号的偏振方向，对信号表达式没有任何影响，但是只有在偏振态与电光波导法珀腔的电场方向一致时，电光波导法珀腔才能正常工作。
S130、当探测到信号时，确定所述待测微波信号的频率。
具体地，经过电光波导法珀腔后信号强度可以表示为E＝ABC(V)cos[2π(fc+fs)t]，C(V)表示电光波导法珀腔的透过率，其为扫描电压V的函数，经过探测器后探测到的电流为i＝α[ABC(V)]2，即不同扫描电压下，探测器的输出不同。首先，不加待测微波信号时，光的频率为fc，偏振态控制的偏置电压为0时，探测器测得电压为V1；然后，偏振态控制的偏振电压设置为V1时，加待测微波信号进行调制，光的频率为fc+fs，透射光谱的峰位于fc+fs处测得的电压绝对值为V1+V2；最后，确定所述待测微波信号的频率为其中，自由光谱范围FSR＝c/2nL，式中c为激光波长，n为介质折射率，L为所述电光波导法珀腔的腔长。
具体地，由于电光波导法珀腔内单向光程改变半波长时，透射光谱移动一个自由光谱范围(FSR)，因此有Vπ为铌酸锂作为基底材料的电光波导法珀腔内波导的半波电压。本发明的测频范围等于电光波导法珀腔的自由光谱范围FSR＝c/2nL，式中c为激光波长，n为介质折射率，L为所述电光波导法珀腔的腔长。测频精度正比于半高全宽fFWHM，且有fFWHM＝FSR·πR1/2exp(-αL/2)/[1-Rexp(-αL)]，式中R为电光波导法珀腔两端的反射率，α为电光波导法珀腔内波导的吸收系数。电光波导法珀腔的扫描时间非常短，可以达到1μs，因此可以实现脉冲持续时间大于1μs信号的频率测量。
本具体实施方式提供了一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置，如图2所示，包括：
双驱动马赫增德尔调制器(DDMZM)210，用于将待测微波信号通过调制载波进行抑制载波单边带调制；
电光波导法珀腔220，用于通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理；
探测器230，用于探测所述电光波导法珀腔进行可调谐滤波处理后的信号，并当探测到信号时，确定所述待测微波信号的频率。
如图3所示，所述的基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置还可以包括：
单色激光器310，用于产生所述调制载波。
偏振控制器320，用于将通过所述DDMZM210进行抑制载波单边带调制后的信号进行偏振态控制，将得到的偏振光束传输给电光波导法珀腔220，以使电光波导法珀腔220对所述偏振光束进行可调谐滤波处理，所述偏振光束的方向与所述电光波导法珀腔内电场方向相同，一般为Z方向。
控制处理电路330，用于通过施加扫描电压(即发送电压控制信号)给所述电光波导法珀腔220，以调节所述电光波导法珀腔220内透射光谱的移动；作为可选的，其也可以对探测器230得到的电信号进行进一步后续处理。
进一步，所述电光波导法珀腔220，具体用于通过透射光谱的移动对所述Z方向的偏振光束进行可调谐滤波处理。
进一步，所述探测器230，具体用于当所述扫描电压为所述调制载波通过施加0～Vπ的扫描信号进行可调谐滤波处理后输出的最大值对应的电压V1时，探测到通过所述扫描电压V1对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理后输出的最大值对应的电压V2，确定所述待测微波信号的频率其中，自由光谱范围FSR＝c/2nL，式中c为激光波长，n为介质折射率，L为所述电光波导法珀腔的腔长，其中，Vπ为铌酸锂作为基底材料的电光波导法珀腔内波导的半波电压。
如图4所示，所述的基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置中所述电光波导法珀腔220的结构可以包括：腔体外部设置的用于将光信号输入波导430的输入光纤410和用于将光信号输出波导430的输出光纤420，腔体内部设置的用于限制光信号传播方向的波导430、用于给波导施加电场以改变波导430折射率的下电极440、用于接地的上电极450以及腔体基底材料铌酸锂460，所述波导430横向贯穿于腔体内部，所述腔体的左腔壁和右腔壁均设置有用于使光信号在波导内来回反射以构成法珀腔的高反膜470，所述输入光纤410与波导430之间的耦合区域以及输出光纤420与波导430之间的耦合区域均采用固化剂480固定。
本发明实施例首先，在不加待测微波信号时，光的频率为单色激光器310产生的调制载波频率fc，偏振控制器320的偏置电压为0时，透射光谱的峰位于fc处，所述调制载波通过施加0～Vπ的扫描信号给电光波导法珀腔220进行可调谐滤波处理后探测器230测得电压为V1；然后，为了计算的严谨性偏振控制器320施加偏置电压V1给电光波导法珀腔220，加待测微波信号通过本发明实施例所述的装置进行载波调制和可调谐滤波处理后，光的频率为fc+fs，透射光谱的峰位于fc+fs处探测器测得电压绝对值为V1+V2；最后，确定所述待测微波信号的频率为
本具体实施方式提供了一种微波信号的频率测量方法及装置使用电光波导法珀腔作为扫描部件，电光波导法珀腔具有更快的响应速度，缩短了的扫描时间，因此可以捕捉到超短脉冲信号。本发明的扫描速度可以达到1MHz，可以实现脉冲持续时间大于1μs信号的频率测量。本发明的装置结构简单，无需高强度激光、长光纤链路或高频微波源等额外设备，实现了小体积集成，与现有的雷达系统兼容性高。另外，系统所需的扫描电压峰峰值小于10V，故能耗低。
本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于电光法珀腔的微波光子学频率测量装置，其特征在于，包括：
双驱动马赫增德尔调制器DDMZM，用于将待测微波信号通过调制载波进行抑制载波单边带调制；
电光波导法珀腔，用于通过透射光谱的移动对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理；
探测器，用于探测所述电光波导法珀腔进行可调谐滤波处理后的信号，并当探测到信号时，确定所述待测微波信号的频率。
2.根据权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，还包括：
单色激光器，用于产生所述调制载波。
3.根据权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，还包括：
偏振控制器，用于将通过所述DDMZM进行抑制载波单边带调制后的信号进行偏振态控制，将得到的偏振光束传输给电光波导法珀腔，以使电光波导法珀腔对所述偏振光束进行可调谐滤波处理，所述偏振光束的方向与所述电光波导法珀腔内电场方向相同。
4.根据权利要求3所述的频率测量装置，其特征在于，还包括：
控制处理电路，用于通过施加扫描电压给所述电光波导法珀腔，以调节所述电光波导法珀腔内透射光谱的移动；
所述电光波导法珀腔，具体用于通过透射光谱的移动对所述偏振光束进行可调谐滤波处理。
5.根据权利要求4所述的频率测量装置，其特征在于，所述探测器，具体用于当所述扫描电压为所述调制载波通过施加0～Vπ的扫描信号进行可调谐滤波处理后输出的最大值对应的电压V1时，探测到通过所述扫描电压V1对抑制载波单边带调制后的信号进行可调谐滤波处理后输出的最大值对应的电压V2，确定所述待测微波信号的频率其中，自由光谱范围FSR＝c/2nL，式中c为激光波长，n为介质折射率，L为所述电光波导法珀腔的腔长，其中，Vπ为铌酸锂作为基底材料的电光波导法珀腔内波导的半波电压。
6.根据权利要求1-5任一项所述的频率测量装置，其特征在于，所述电光波导法珀腔包括：腔体外部设置的用于将光信号输入波导的输入光纤和用于将光信号输出波导的输出光纤，腔体内部设置的用于限制光信号传播方向的波导、用于给波导施加电场以改变波导折射率的下电极、用于接地的上电极以及腔体基底材料铌酸锂，所述波导横向贯穿于腔体内部，所述腔体的左腔壁和右腔壁均设置有用于使光信号在波导内来回反射以构成法珀腔的高反膜，所述输入光纤与波导之间的耦合区域以及输出光纤与波导之间的耦合区域均采用固化剂固定。
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