CN107957578B - 基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统，包括依次串联连接的用于提供单频光载波的分布反馈式激光器、用于调节单频光载波的偏振状态的偏振控制器、用于使单频光载波产生对称的两个边频信号的DQPSK调制器、用于保证两个边频信号单向注入掺铒光纤发生器的光隔离器、用于对产生的边频信号进行放大的掺铒光纤放大器、用于产生边频信号的四波混频和级联四波混频的高非线性光纤、环形器和用于产生对应不同波长的光的延时量的线性啁啾光纤光栅，所述调制器的一个射频输入端直接连接射频信号发生器，另一个输入端通过移相器连接射频信号发生器。本发明扫描角度能够连续精密可调并且可任意选择，能够实现小角度扫描的相控阵雷达系统。

Description

基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统
技术领域
本发明涉及一种多波长光纤光源。特别是涉及一种相控阵雷达真延时的基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统。
背景技术
相控阵雷达的真延时技术主要技术思想是:微波信号的频率相对于光载波的频率来说极低，可以将微波信号加载到光波上，再对这个加载了微波信号的光载波进行延时，然后用光探测器将微波信号提取出来，提取出的电信号与调制前的电信号除了在相位上有了一定的延时外，其他特征是完全相同，具有这样处理流程的技术被称之为真延时技术。真延时技术与相控阵雷达技术的融合，解决了传统相控阵雷达的两大技术瓶颈，即瞬时大带宽的受限及波束偏斜问题。相比于微波域的延时技术，光学真延时技术在相控阵雷达中的应用，使得光控相控阵雷达具有重量轻、体积小、功耗低、抗电磁干扰能力强等优点。
现阶段实现真延时技术的方法主要包括：①利用光开关和延时光纤实现真延时，当光开关选用不同的通路时，光信号经过不同光学长度的延时光纤，实现不同的延时。这种方法系统结构简单，延时性能稳定，但光延时线的延时步长较大，延时精度低。在实际的应用中，对光开关的插损、开关速度、串扰等指标有严格要求。②利用可调谐激光器和高色散光纤实现真延时，加载着微波信号的光载波经过光分束器进入不同路的高色散光纤，但是各路的高色散光纤长度不同，只要按一定规律改变进入延时结构的光载波的波长，各路光载波信号之间就会发生延时变化。由于现有可调谐激光器的调谐精度无法满足真延时的精度，因此这种方法的延时精度低。③利用可调谐激光器和一组分立的光纤布拉格光栅实现真延时，在每一根光纤上等间隔地写入同一组中心波长不同的布拉格光栅，且N根不同的光纤上写入的布拉格光栅之间的间隔是不同的，不同光纤上同一中心波长的光栅之间的相对距离决定了延时。但是这种方法产生的延时是离散的，由天线发出的微波波数扫描角度也是离散的，不能实现微波束连续的扫描。④利用可调谐激光器和线性啁啾光纤光栅实现真延时，通过外加温度或应力改变其线性啁啾光纤光栅的反射谱宽，使光载波信号在啁啾光栅的不同位置被反射，从而实现连续的延时变化。由于这种方法受限于反射谱宽的调谐范围，不能实现10ps以下的延时量，因此不能实现微波束在小角度方位的扫描。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种连续的、精密的、编程可控的用于相控阵雷达真延时的基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统。
本发明所采用的技术方案是：一种基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统，包括依次串联连接的用于提供单频光载波的分布反馈式激光器、用于调节单频光载波的偏振状态的偏振控制器、用于使单频光载波产生对称的两个边频信号的DQPSK调制器、用于保证两个边频信号单向注入掺铒光纤发生器的光隔离器、用于对产生的边频信号进行放大的掺铒光纤放大器、用于产生边频信号的四波混频和级联四波混频的高非线性光纤、环形器和用于产生对应不同波长的光的延时量的线性啁啾光纤光栅，其中，所述调制器的一个射频输入端直接连接射频信号发生器，另一个输入端通过移相器连接射频信号发生器。
所产生的各波长间的延时差与波长间隔成正比。
本发明的基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统，具有如下有益效果：
1、通过射频信号控制多波长光载波的波长间隔，从而控制各波长之间的延时差。射频信号的频率连续精密可调并且可编程控制，所以延时量能够连续精密可调并且可编程控制，从而扫描角度能够连续精密可调并且可任意选择。克服了现有方法中延时精度低、不能实现微波束连续扫描的缺点。
2、本发明用射频信号控制光信号。只要光源的线宽足够窄，射频信号的调谐下限足够小且能够达到MHz量级，波长间隔就能够达到pm量级，对应的延时量也可以达到亚ps量级，扫描角度的精度也可以达到0.1度，能够实现小角度扫描的相控阵雷达系统。克服了调谐线性啁啾光纤光栅方法中不能实现小角度扫描的缺点。
3、通过对射频信号的频率进行正弦函数编程，延时量呈正弦变化，因此扫描角度呈线性变化，解决了扫描角度不能呈线性变化的问题。
4、本发明结构设备简单，紧凑，且操作方便，是一种很有潜力的真延时技术，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统的结构示意图。
图中
1：分布反馈式激光器 2：偏振控制器
3：DQPSK调制器 4：光隔离器
5：掺铒光纤放大器 6：高非线性光纤
7：环形器 8：线性啁啾光纤光栅
9：射频信号发生器 10：移相器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统，包括依次串联连接的分布反馈式激光器1、偏振控制器2、DQPSK调制器3、光隔离器4、掺铒光纤放大器5、高非线性光纤6、环形器7和线性啁啾光纤光栅8，其中，所述调制器3的一个射频输入端直接连接射频信号发生器RF，另一个输入端通过移相器10连接射频信号发生器9。其中，
所述的分布反馈式激光器1作为种子光源，提供单频光载波；所述的偏振控制器2是用于调节单频光载波的偏振状态，使输入单频光载波的偏振态与DQPSK调制器的低损耗偏振轴保持一致；所述的DQPSK调制器3，用于对单频光载波进行电光调制，相对输入光载波的载频位置产生对称的两个边频信号；所述的光隔离器4，用于保证两个边频信号单向注入掺铒光纤发生器5；所述的掺铒光纤放大器5，用于对DQPSK调制器3产生的边频信号进行放大；所述的高非线性光纤6，用于产生边频信号的四波混频和级联四波混频，从而获得多波长光载波输出；所述的线性啁啾光纤光栅8，用于产生对应不同波长的光的延时量；所述的射频信号发生器9，用于控制DQPSK调制器3产生的边频信号间隔，从而实现多波长光载波波长间隔的连续精密可调。
本发明的基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统工作原理：分布反馈式激光器产生的种子光，经DQPSK调制器调制成相对输入载频对称的两个边频信号，两个边频信号的频率间隔为射频信号的两倍，两个边频信号经掺铒光纤放大器放大后，经高非线性光纤进行四波混频和级联四波混频过程，产生新的边频，即形成多波长光信号，多波长信号频率间隔为边频信号频率间隔。通过调谐射频信号发生器的输出频率，即可实现多波长信号间隔的精密可调。多波长信号经环形器进入线性啁啾光纤光栅，不同波长的光经线性啁啾光纤光栅产生不同的延时，各波长间的延时差与波长间隔成正比。通过可编程的射频信号控制多波长光源的波长间隔，从而控制各波长间的延时差，实现真延时。

Claims (2)

1.一种基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统，其特征在于，包括依次串联连接的用于提供单频光载波的分布反馈式激光器（1）、用于调节单频光载波的偏振状态的偏振控制器（2）、用于使单频光载波产生对称的两个边频信号的DQPSK调制器（3）、用于保证两个边频信号单向注入掺铒光纤发生器的光隔离器（4）、用于对产生的边频信号进行放大的掺铒光纤放大器（5）、用于产生边频信号的四波混频和级联四波混频的高非线性光纤（6）、环形器（7）和用于产生对应不同波长的光的延时量的线性啁啾光纤光栅（8），其中，所述DQPSK调制器（3）的一个射频输入端直接连接射频信号发生器（9），另一个输入端通过移相器（10）连接射频信号发生器（9）。
2.根据权利要求1所述的一种基于波长间隔编程可控的多波长光纤光源的真延时系统，其特征在于，所产生的各波长间的延时差与波长间隔成正比。
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