CN109374140A - 一种具有高时间分辨力的电光取样方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线电计量和测试领域技术领域，特别涉及一种具有高时间分辨力的电光取样装置，包括：第一本振源，用于生成第一频率参考信号；短脉冲生成器，用于根据第一频率参考信号生成短脉冲信号；第二本振源，用于生成第二频率参考信号；激光脉冲生成模块，用于根据第二频率参考信号生成激光脉冲信号；中间处理模块，用于获取短脉冲信号和激光脉冲信号，使用激光脉冲信号聚焦，对短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；光电探测器，用于探测激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；数据采集模块，用于根据数据采集参考信号，从待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

Description

一种具有高时间分辨力的电光取样方法及装置

技术领域

本发明属于无线电计量和测试领域技术领域，特别涉及一种具有高时间分辨力的电光取样技术的装置和方法。

背景技术

在表征高频电器件方面，电光取样技术已证明是有力的测量方法，得到众多国家的计量机构的应用。该技术中使用光学方法产生非常短的电脉冲信号，并可由具备相同重复频率的同步探测波束进行探测。一般探测波束由精密控制的平移台来进行时间上的延迟，以实现时间等效采样。这项技术已经应用在传递函数、反射系数或其它传输性质的研究中，并且在太赫兹频谱领域也已经广泛应用。

通过全电子形式也能够产生短的脉冲信号，例如超快脉冲产生器、梳状谱发生器等。但是，电光取样技术主要是聚焦于纯光学产生的信号的分析，对纯电学产生的信号的分析需要考虑许多因素，更为复杂。

发明内容

为了至少解决上述技术问题，本发明提供了一种具有高时间分辨力的电光取样装置及方法。

根据本发明第一方面，提供了一种具有高时间分辨力的电光取样装置，包括：

第一本振源，用于生成第一频率参考信号，并触发短脉冲生成器；

短脉冲生成器，用于根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

第二本振源，用于生成第二频率参考信号，并触发激光脉冲生成模块；

激光脉冲生成模块，用于根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

中间处理模块，用于使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

光电探测器，用于探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

数据采集模块，用于根据所述数据采集参考信号，从所述待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

所述装置还包括：

频率稳定单元，用于将所述激光脉冲生成模块的重复频率或者某次谐波锁至所述第二本振源。

所述中间处理模块包括：具有同轴输入端的微波探针，用于获取输入的短脉冲信号。

所述中间处理模块还包括：同轴输入端连接预设负载的微波探针，以实现阻抗匹配。

所述中间处理模块包括：

共面波导单元，用于获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

平衡光电探测单元，用于探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集脉冲信号。

所述装置还包括：

频率确定模块，用于分别获取所述第一本振源的频率稳定性和所述第二本振源的频率稳定性，将频率稳定性高的本振源为频率稳定性低的本振源提供参考信号。

根据本发明另一方面，提供一种具有高时间分辨力的电光取样方法，包括：

生成第一频率参考信号，根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

生成第二频率参考信号，根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

根据所述数据采集参考信号，从所述待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

所述方法还包括：

将生成所述激光脉冲信号的重复频率与生成所述第二频率参考信号的频率相同。

可选的，所述方法还包括：

将生成所述激光脉冲信号的某次谐波与生成所述第二频率参考信号的频率相同。

所述使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号，包括：

获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集脉冲信号。

所述方法还包括：

分别获取生成所述第一频率参考信号的第一本振源的频率稳定性和生成所述第二频率参考信号的第二本振源的频率稳定性，将频率稳定性高的本振源为频率稳定性低的本振源提供参考信号。

本发明的有益效果：

本发明所述技术方案优点在于将电光取样技术应用于全电子形式脉冲产生器的测量，并通过调节采样速率和扫描速率，使测量的时间分辨力提高，有效拓展了电光取样技术的应用领域和测量能力。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1为本发明提供的一种具有高时间分辨力的电光取样装置结构示意图；

图2为本发明提供的中间处理模块105结构框图；

图3为本发明提供的又一种具有高时间分辨力的电光取样装置结构示意图；

图4为本发明提供的一种具有高时间分辨力的电光取样方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一种具有高时间分辨力的电光取样装置，如图1所示，包括：

第一本振源101，用于生成第一频率参考信号，并触发短脉冲生成器102；

在本发明实施例中，通过配置第一本振源101，为短脉冲生成器102提供频率参考信号。

短脉冲生成器102，用于根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

在本发明实施例中，通过对短脉冲生成器102生成短脉冲信号进行后续探测，使得短脉冲生成器102为被测器件。

第二本振源103，用于生成第二频率参考信号，并触发激光脉冲生成模块104；

在本发明实施例中，通过配置第二本振源103，为激光脉冲生成模块104提供频率参考信号。

激光脉冲生成模块104，用于根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

在本发明实施例中，激光脉冲生成模块104可以为飞秒激光器。

中间处理模块105，用于使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

具体地，中间处理模块105如图2所示，包括：

共面波导单元1051，用于获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

平衡光电探测单元1052，用于探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集脉冲信号。

在本发明实施例中，通过中间处理模块105进行电光取样并进行处理过程中，具体地，共面波导单元1051取样，对取样得到的电信号在传输的过程中，使用激光脉冲信号聚焦在共面波导单元1051上对电信号进行探测。其中，取样得到的电信号包括：短脉冲信号和激光脉冲信号。

作为本发明实施例一种较佳的实现方式，中间处理模块105包括：具有同轴输入端的微波探针，用于获取输入的短脉冲信号。

进一步地，所述中间处理模块105还包括：同轴输入端连接预设负载的微波探针，以实现阻抗匹配。优选地，预设负载为50欧姆。

光电探测器106，用于探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

数据采集模块107，用于根据所述数据采集参考信号，从所述待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

需要说明的是，短脉冲生成器102的工作频率与所选择的第一本振源101的频率可以一致，当然也可以不一致，所以第一本振源101可能是通过分频后为短脉冲生成器102提供参考；激光脉冲生成模块104的重复频率与所选择的第二本振源103可以一致，当然也可以不一致，所以激光脉冲生成模块104可以是将其某次高阶谐波锁至第二本振源103。

另一方面，本发明提供一种具有高时间分辨力的电光取样装置，如图3所示，包括：

第一本振源201，用于生成第一频率参考信号，并触发短脉冲生成器202；

在本发明实施例中，通过配置第一本振源201为短脉冲生成器202提供频率参考信号。第一本振源201为短脉冲生成器202提供参考信号，或者通过分频器为短脉冲生成器202提供参考信号，使短脉冲生成器202生成的短脉冲信号具备与第一本振源相对应的频率f。

短脉冲生成器202，用于根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

在本发明实施例中，通过对短脉冲生成器202生成短脉冲信号进行后续探测，使得短脉冲生成器202为被测器件。

第二本振源203，用于生成第二频率参考信号，并触发激光脉冲生成模块204；

在本发明实施例中，通过配置第二本振源203，为激光脉冲生成模块204提供频率参考信号。其中激光脉冲生成模块204可以为飞秒激光器。

频率稳定单元204，一端与第二本振源203连接，另一端与激光脉冲生成模块205连接，用于将激光脉冲生成模块205的重复频率或者某次谐波锁至第二本振源203。

第二本振源203为激光脉冲生成模块205提供参考信号，并通过频率稳定单元204，使激光脉冲生成模块205的频率或者某次谐波锁至第二本振源203，频率为f+Δf，其中f/Δf为非整除。

激光脉冲生成模块205，用于根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

在本发明实施例中，激光脉冲生成模块205可以为飞秒激光器。

中间处理模块206，用于使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

具体地，中间处理模块206，包括：

共面波导单元，用于获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

平衡光电探测单元，用于探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集脉冲信号。

在本发明实施例中，通过中间处理模块206进行电光取样并进行处理过程中，具体地，共面波导单元取样，对取样得到的电信号在传输的过程中，使用激光脉冲信号聚焦在共面波导单元上对电信号进行探测。其中，取样得到的电信号包括：短脉冲信号和激光脉冲信号。

作为本发明实施例一种较佳的实现方式，中间处理模块206包括：具有同轴输入端的微波探针，用于获取输入的短脉冲信号。

进一步地，所述中间处理模块206还包括：同轴输入端连接预设负载的微波探针，以实现阻抗匹配。优选地，预设负载为50欧姆。

在本发明实施例中，短脉冲生成器202输出的信号通过微波探针输入至共面波导单元，并在共面波导单元上传输，使共面波导单元的基底材料的折射率发生相应变化，产生电光效应；所述飞秒激光器输出的激光脉冲信号聚焦至共面波导单元，在通过共面波导的基底材料时受到电光效应的影响，使其偏振态发生变化，该变化对应了共面波导单元上传输的电信号的强度；偏振态发生变化后的激光脉冲信号经过偏振态的正交分离处理后，输入至所述平衡光电探测单元，进而输出代表被测电信号的频率为f的电压信号，并输入至数据采集模块208。

光电探测器207，用于探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

具体地，将所述飞秒激光器输出的激光脉冲信号分出一部分，输入至所述光电探测器207，并转换为频率f+Δf的电脉冲信号，作为数据采集模块208的参考信号，此时Δf即为测量的扫描速率，而f+Δf即为测量的采样速率。

数据采集模块208，用于根据所述数据采集参考信号，从所述待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

具体地，根据1/f确定时间窗口长度，将数据采集模块208得到的数据依据时间窗口进行分段，并叠加绘制在同一时间窗口中。由于f/Δf为非整除，则在不同采样周期中获得数据点不会重合，会均匀分布在整个时间窗口中，只要测量时间足够长，理论上就能够得到非常高的时间分辨力。依据希望达到的时间分辨力r，将该时间窗口分为N＝1/(f*r)个子窗口，并对每一子窗口中的数据点进行平均后，放置在该子窗口的中心时刻，作为该子窗口中所有数据点的最佳估计值。

另一方面，本发明提供一种具有高时间分辨力的电光取样方法，如图4所示，包括：

步骤501：生成第一频率参考信号，根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

在本发明实施例中，利用第一本振源生成第一频率参考信号。

步骤502：生成第二频率参考信号，根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

在本发明实施例中，利用第二本振源生成第二频率参考信号，将第一本振源的重复频率与第二本振源的频率相同。

第一本振源与第二本振源共参考，确保两者的频率相对稳定。若两个本振源的频率稳定性不同，则选择频率稳定性高的本振源为频率稳定性低的本振源提供参考信号。

步骤503：使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

在本步骤中，具体包括：

获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集激光脉冲信号。

步骤504：探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

步骤505：根据所述数据采集参考信号，从所述待采集短脉冲信号中采集目标信号。

在本发明实施例中，在生成第一频率参考信号和第二频率参考信号之前，还包括：

分别获取生成所述第一频率参考信号的第一本振源的频率稳定性和生成所述第二频率参考信号的第二本振源的频率稳定性，将频率稳定性高的本振源为频率稳定性低的本振源提供参考信号。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具有高时间分辨力的电光取样装置，其特征在于，包括：

第一本振源，用于生成第一频率参考信号；

短脉冲生成器，用于根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

第二本振源，用于生成第二频率参考信号；

激光脉冲生成模块，用于根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

中间处理模块，用于获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

光电探测器，用于探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

数据采集模块，用于根据所述数据采集参考信号，从所述待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

频率稳定单元，用于将所述激光脉冲生成模块的重复频率或者某次谐波锁至所述第二本振源。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中间处理模块包括：具有同轴输入端的微波探针，用于获取输入的短脉冲信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述中间处理模块还包括：同轴输入端连接预设负载的微波探针，以实现阻抗匹配。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中间处理模块包括：

共面波导单元，用于获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

平衡光电探测单元，用于探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集脉冲信号。

6.一种具有高时间分辨力的电光取样方法，其特征在于，包括：

生成第一频率参考信号，根据所述第一频率参考信号生成短脉冲信号；

生成第二频率参考信号，根据所述第二频率参考信号生成激光脉冲信号；

使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号；

探测所述激光脉冲信号，并转换为相同频率的电脉冲信号，作为数据采集参考信号；

根据所述数据采集参考信号，从所述待采集激光脉冲信号中采集目标信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将生成所述激光脉冲信号的重复频率与生成所述第二频率参考信号的频率相同。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号探测，得到待采集激光脉冲信号，包括：

获取所述短脉冲信号和所述激光脉冲信号，使用所述激光脉冲信号聚焦，对所述短脉冲信号进行探测，对探测到短脉冲信号的激光脉冲信号反射和/或透射，得到待处理激光脉冲信号；

探测所述待处理激光脉冲信号，并从所述待处理激光脉冲信号上获取所述待处理激光脉冲信号探测得到的短脉冲信号，作为待采集脉冲信号。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

分别获取生成所述第一频率参考信号的第一本振源的频率稳定性和生成所述第二频率参考信号的第二本振源的频率稳定性，将频率稳定性高的本振源为频率稳定性低的本振源提供参考信号。