CN106199534A - 可重构高频啁啾脉冲信号产生装置及其信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可重构高频啁啾脉冲信号产生装置及其信号产生方法。主要解决了现有方法产生的高频啁啾脉冲无法满足现代雷达高频化、高精度测距的需求的问题。由飞秒激光器(1)产生的飞秒脉冲信号经由三端口循环器a(2)进入包含线性啁啾光纤Bragg光栅(7)和可调延迟线(6)在内的光纤环进行频谱整形，频谱整形后的光学脉冲信号再经由下一个三端循环器b(3)进入可重构啁啾Bragg光栅(9)进行频时映射得到光载高频啁啾脉冲信号，最后在光电探测器(4)上将光载高频啁啾脉冲信号转换为电学高频啁啾脉冲信号。实现可重构的频时映射，进而实现可重构啁啾脉冲信号的产生，能够同时满足高带宽频的需求。

Description

可重构高频啁啾脉冲信号产生装置及其信号产生方法

技术领域

本发明涉及雷达、电子对抗等领域，用于雷达高频化、高精度测距的一种可重构高频啁啾脉冲信号产生装置及其信号产生方法。

背景技术

雷达信号高频化是现代雷达发展的趋势之一，然而目前基于电子学方法产生的高频啁啾脉冲信号频率低、带宽窄，无法满足现代雷达高频化、高精度测距的需求。在基于光子学方法产生高频啁啾脉冲信号中，由于产生的啁啾脉冲信号可调谐性差，无法满足电子对抗中的需求，降低了雷达系统的抗干扰能力。这严重阻碍了雷达系统向高频化、高精度的发展。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种光折变晶体形成可重构啁啾Bragg光栅，实现可重构的频时映射，进而实现可重构啁啾脉冲信号的产生，能够同时满足高频宽带的需求的可重构高频啁啾脉冲信号产生装置及其信号产生方法。

技术方案：一种可重构高频啁啾脉冲信号产生装置，包括飞秒激光器、频谱整形部分、频时映射部分、光电探测器，所述的飞秒激光器通过光纤与三端口循环器a、三端口循环器b、光电探测器依次串联，所述的频谱整形部分由光学耦合器、可调延迟线、线性啁啾光纤Bragg光栅以光纤串联成的光纤环构成，其中光学耦合器与三端口循环器a连接，所述的频时映射部分包括空间光调制器、LiNbO₃光折变晶体，其中，空间光调制器以电路连接计算机，可重构啁啾Bragg光栅光纤连接三端口循环器b。

一种可重构高频啁啾脉冲信号产生方法，其步骤如下，

Ⅰ、首先，由飞秒激光器产生的飞秒脉冲信号经由三端口循环器a2进入包含线性啁啾光纤Bragg光栅和可调延迟线在内的光纤环进行频谱整形；

Ⅱ、频谱整形后的光学脉冲信号再经由三端口循环器b进入可重构啁啾Bragg光栅进行频时映射得到光载高频啁啾脉冲信号；

Ⅲ、最后在光电探测器上将光载高频啁啾脉冲信号转换为电学高频啁啾脉冲信号。

进一步的，包含线性啁啾光栅Bragg光栅和可调延迟线的光纤环形成一个两端口微波滤波器，其具有线性啁啾的频谱传递函数

$H\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{2}W\left(\mathrm{\λ}\right)\{1+cos\[\frac{4{\mathrm{\πn}}_e}{{\mathrm{\λ}}_0^2}\mathrm{\λ}({\mathrm{\ΔL}}_0+\frac{\mathrm{\δ}\mathrm{\λ}}{C})\]\}$

其中W(λ)为线性啁啾光栅Bragg光栅7的强度反射谱，其在理想情况下为矩形函数；n_e为光纤的有效折射率；ΔL₀为线性啁啾光纤Bragg光栅7两端光纤环到耦合器部分的长度差；δλ为距中心波长λ₀的波长失谐；C为线性啁啾光纤Bragg光栅的啁啾率。频谱整形后的光脉冲信号入射到光折变啁啾Bragg光栅中进行空重构的频时映射。设可重构啁啾Bragg光栅的Bragg波长λ_B与反射位置x的关系为λ_B＝g(x)，反射后的光脉冲在高速光电探测器上转换为电信号，根据频时映射关系，所产生电信号的时域波形为

$I\left(t\right)\∝\frac{1}{2}W\left(\frac{n_{e}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{c}\right)\{1+cos\[\frac{4{\mathrm{\πn}}_e^{2}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{{\mathrm{\λ}}_0^{2}c}({\mathrm{\ΔL}}_0+\frac{n_e\mathrm{\δ}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{Cc})\]\}$

其中x(λ)是g(x)的反函数。产生的啁啾脉冲信号的瞬时频率为

$f_M\left(\mathrm{\δ}t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{d}{dt}\[\frac{4{\mathrm{\πn}}_e^{2}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{{\mathrm{\λ}}_0^{2}c}({\mathrm{\ΔL}}_0+\frac{n_e\mathrm{\δ}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{Cc})\].$

进一步的，可重构啁啾Bragg光栅由光折变材料制成，折射率变化与照射在其上的光强成正比，具有夹角的两束光照射到光折变材料表面，两束光的干涉条纹引起光折变材料折射率周期性分布，从而形成啁啾Bragg光栅，折射率变化的空间周期Λ与光束的波长λ和两束光夹角θ有关，可表示为

$\mathrm{\Λ}={\mathrm{\λsin}}^{-1}\frac{\mathrm{\θ}}{2}$

利用空间光调制器对两束光中的一束光进行波前调制，可以改变两束光之间的夹角θ，从而实现啁啾Bragg光栅中不同位置处Bragg波长λ_B的调节，通过对空间光调制器的重构，可以实现啁啾Bragg光栅的重构，实现啁啾脉冲的重构。

有益效果是：通过采用本发明的技术方案，可实现可重构高频啁啾脉冲信号的产生，不仅能够实现高频啁啾脉冲信号中心频率、啁啾率的调谐，还可以实现具有任意频率形式啁啾脉冲信号的产生，采用可重构光折变啁啾Bragg光栅作为频时映射介质，通过计算机对两束光的控制，可以实时改变啁啾Bragg光栅的色散特性，从而实现可重构高频啁啾脉冲信号的产生。

附图说明

图1为本发明构造示意图。

图中，1-飞秒激光器，2-三端口循环器a，3-三端口循环器b，4-光电探测器，5-光学耦合器，6-可调延迟线，7-线性啁啾光纤Bragg光栅，8-空间光调制器，9-可重构啁啾Bragg光栅，10-计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

由图1所示一种可重构高频啁啾脉冲信号产生装置，包括飞秒激光器1、频谱整形部分、频时映射部分、光电探测器4，所述的飞秒激光器1通过光纤与三端口循环器a2、三端口循环器b3、光电探测器4依次串联，所述的三频谱整形部分由光学耦合器5、可调延迟线6、线性啁啾光纤Bragg光栅7以光纤串联成的光纤环构成，其中光学耦合器5与三端口循环器a2连接，所述的频时映射部分包括空间光调制器8、可重构啁啾Bragg光栅9，其中，空间光调制器8以电路连接计算机10，可重构啁啾Bragg光栅9光纤连接三端口循环器b3。

首先，由飞秒激光器1产生的飞秒脉冲信号经由三端口循环器a2进入包含线性啁啾光纤Bragg光栅7和可调延迟线6在内的光纤环进行频谱整形；频谱整形后的光学脉冲信号再经由三端口循环器b3进入可重构啁啾Bragg光栅9进行频时映射得到光载高频啁啾脉冲信号；最后在光电探测器4上将光载高频啁啾脉冲信号转换为电学高频啁啾脉冲信号。

包含线性啁啾光栅Bragg光栅和可调延迟线的光纤环形成一个两端口微波滤波器，其具有线性啁啾的频谱传递函数

$H\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{2}W\left(\mathrm{\λ}\right)\{1+cos\[\frac{4{\mathrm{\πn}}_e}{{\mathrm{\λ}}_0^2}\mathrm{\λ}({\mathrm{\ΔL}}_0+\frac{\mathrm{\δ}\mathrm{\λ}}{C})\]\}$

其中W(λ)为线性啁啾光栅Bragg光栅7的强度反射谱，其在理想情况下为矩形函数；n_e为光纤的有效折射率；ΔL₀为线性啁啾光纤Bragg光栅7两端光纤环到耦合器部分的长度差；δλ为距中心波长λ₀的波长失谐；C为线性啁啾光纤Bragg光栅的啁啾率。频谱整形后的光脉冲信号入射到光折变啁啾Bragg光栅中进行空重构的频时映射。设可重构啁啾Bragg光栅的Bragg波长λ_B与反射位置x的关系为λ_B＝g(x)，反射后的光脉冲在高速光电探测器上转换为电信号，根据频时映射关系，所产生电信号的时域波形为

$I\left(t\right)\∝\frac{1}{2}W\left(\frac{n_{e}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{c}\right)\{1+cos\[\frac{4{\mathrm{\πn}}_e^{2}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{{\mathrm{\λ}}_0^{2}c}({\mathrm{\ΔL}}_0+\frac{n_e\mathrm{\δ}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{Cc})\]\}$

其中x(λ)是g(x)的反函数。产生的啁啾脉冲信号的瞬时频率为

$f_M\left(\mathrm{\δ}t\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{d}{dt}\[\frac{4{\mathrm{\πn}}_e^{2}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{{\mathrm{\λ}}_0^{2}c}({\mathrm{\ΔL}}_0+\frac{n_e\mathrm{\δ}x\left(\mathrm{\λ}\right)}{Cc})\]$

由此可见，通过对可重构啁啾Bragg光栅中Bragg波长λ_B与反射位置x之间关系λ_B＝g(x)的调谐可以实现啁啾脉冲瞬时频率特性的调谐。

作为本发明的一个实施例，可重构啁啾Bragg光栅由光折变材料制成，折射率变化与照射在其上的光强成正比，具有夹角的两束光照射到光折变材料表面，两束光的干涉条纹引起光折变材料折射率周期性分布，从而形成啁啾Bragg光栅，折射率变化的空间周期Λ与光束的波长λ和两束光夹角θ有关，可表示为

$\mathrm{\Λ}={\mathrm{\λsin}}^{-1}\frac{\mathrm{\θ}}{2}$

利用空间光调制器对两束光中的一束光进行波前调制，可以改变两束光之间的夹角θ，从而实现啁啾Bragg光栅中不同位置处Bragg波长λ_B的调节，通过对空间光调制器的重构，可以实现啁啾Bragg光栅的重构，实现啁啾脉冲的重构。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种可重构高频啁啾脉冲信号产生装置，包括飞秒激光器(1)、频谱整形部分、频时映射部分、光电探测器(4)，其特征在于：所述的飞秒激光器(1)通过光纤与三端口循环器a(2)、三端口循环器b(3)、光电探测器(4)依次串联，所述的频谱整形部分由光学耦合器(5)、可调延迟线(6)、线性啁啾光纤Bragg光栅(7)以光纤串联成的光纤环构成，其中光学耦合器(5)与三端口循环器a(2)连接，所述的频时映射部分包括空间光调制器(8)、可重构啁啾Bragg光栅(9)，其中，空间光调制器(8)以电路连接计算机(10)，可重构啁啾Bragg光栅(9)光纤连接三端口循环器b(3)，所述的光电探测器(4)与计算机(10)电路连接。

2.一种可重构高频啁啾脉冲信号产生方法，其步骤如下，

Ⅰ、首先，由飞秒激光器(1)产生的飞秒脉冲信号经由三端口循环器a(2)进入包含线性啁啾光纤Bragg光栅(7)和可调延迟线(6)在内的光纤环进行频谱整形；

Ⅱ、频谱整形后的光学脉冲信号再经由三端口循环器b(3)进入可重构啁啾Bragg光栅(9)进行频时映射得到光载高频啁啾脉冲信号；

Ⅲ、最后在光电探测器(4)上将光载高频啁啾脉冲信号转换为电学高频啁啾脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的可重构高频啁啾脉冲信号产生方法，其特征在于：可重构啁啾Bragg光栅由光折变材料制成，折射率变化与照射在其上的光强成正比，具有夹角的两束光照射到光折变材料表面，两束光的干涉条纹引起光折变材料折射率周期性分布，从而形成啁啾Bragg光栅，折射率变化的空间周期Λ与光束的波长λ和两束光夹角θ有关，可表示为

$\mathrm{\Λ}={\mathrm{\λsin}}^{-1}\frac{\mathrm{\θ}}{2}$

用空间光调制器对两束光中的一束光进行波前调制，可以改变两束光之间的夹角θ，从而实现啁啾Bragg光栅中不同位置处Bragg波长λ_B的调节，通过对空间光调制器的重构，可以实现啁啾Bragg光栅的重构，实现啁啾脉冲的重构。