CN111175574B - 一种测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量系统，包括：光滤波器(3)用于对第一光信号选频，得到选频后的第一光信号；光移频器(4)用于将选频后的第一光信号通过单边带调制，得到调制后的第一光信号；梳妆滤波器(5)用于将第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码，得到功率失谐的光频梳光谱，功率失谐的光梳频光谱为整形后的第二光信号；还包括：光频梳产生装置(1)、光分束器(2)、合束器(6)、光电探测器(7)以及低频频谱仪(8)。通过光移频器(4)单边调制第一光源、通过梳妆滤波器(5)编码得到的第二光源可以得到待检测的光频率以及高精度测量高频率的微波信号。

Description

一种测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及微波光子学领域，具体涉及一种测量系统及测量方法。

背景技术

随着信息技术的蓬勃发展，速率和能耗日益成为信息系统发展的关键技术瓶颈。将光子学与微波技术相互融合的微波光子学因兼有光子技术损耗低、重量轻、带宽大、抗电磁干扰、信号并行处理能力、频率响应平坦及微波技术光谱精细调控能力等优势，有效地缓减信息系统面临的瓶颈，吸引了国内外学者的广泛关注，成为了学术界的研究热点，高精度光子辅助测量及测试方法更是成为了广大科研工作者热衷于研究的方向之一。

基于微波光子技术的频率测量系统在雷达系统、智能感知系统以及侦干探通一体化电子对抗系统中具有非常巨大的应用；光子辅助的频率测量系统具有大带宽、高精度以及快速测量微波信号的能力。

在过去的十几年内，基于微波光子技术的频率测量系统有一个快速的发展过程。目前，基于微波光子技术的频率测量系统主要基于两种方案实现：基于频率映射和频率扫描两种原理搭建的微波光子频率测量系统。基于第一种原理实现的系统劣势在于测量结果误差大，并且该测量误差是与待测信号频率有关的。基于第二种原理实现的测量系统劣势在于需要一定的测试扫描时间，系统的稳定性也不是很理想。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供的一种测量系统及测量方法，至少用于解决传统电子学方法在带宽、重量、体积以及电磁兼容方面的问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种测量系统，包括：光频梳产生装置1，用于产生光学频率梳；光分束器2，用于将光学频率梳分成第一光信号以及第二光信号；光滤波器3用于对第一光信号选频，得到选频后的第一光信号；光移频器4用于将待测信号调制到选频后的第一光信号上，得到调制后的第一光信号；梳妆滤波器5用于将第二光信号的梳齿幅度进行编码，得到功率失谐的第二光信号；合束器6用于将调制后的第一光信号以及功率失谐的第二光信号合束，得到合束光信号；光电探测器7用于将合束光信号进行光电转换，得到第一电谱以及第二电谱；低频频谱仪8用于检测第一电谱以及第二电谱的频率，通过第一电谱以及第二电谱得到光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

可选地，光频梳产生装置1用于产生每一梳齿频率均对应于一光信号频率的光学频率梳。

可选地，光频梳产生装置1包括级联调制器、先进格式调制器以及法布里珀罗光相位调制器。

可选地，光分束器2包括：光纤合束器以及空间光合束器。

可选地，光移频器4包括：光调制器。

本发明还提供一种测量方法，包括：S1，将光学频率梳分成第一光信号以及第二光信号；S2，将第一光信号进行调制，得到调制后的第一光信号；将第二光信号的梳齿频率进行编码，得到功率失谐的第二光信号；S3，将调制后的第一光信号以及功率失谐的第二光信号合束并进行光电转换，得到第一电谱以及第二电谱；S4，检测第一电谱以及第二电谱的频率，得到光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

可选地，步骤S4中，检测第一电谱以及第二电谱的频率，得到光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率，包括：检测第一电谱、第二电谱的幅度以及频率大小，得到第一电谱以及第二电谱对应的拍频频率，拍频频率对应于第一光信号的频率；通过第一光信号的频率得到光学频率梳对应的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

可选地，步骤S2中，将第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码，包括：通过等差数列、等比数列中的一种方式对第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码。

可选地，步骤S2中，将第一光信号进行调制，得到调制后的第一光信号，包括：对第一光信号选频，得到选频后的第一光信号；将待测信号调制到选频后的第一光信号上，得到调制后的第一光信号。

可选地，对第一光信号选频，得到选频后的第一光信号，包括：通过角色散、干涉膜以及耦合膜中的一种或几种对第一光信号进行滤波选频，得到选频后的第一光信号。

(三)有益效果

1、本发明中通过光移频器单边调制第一光源以及通过梳妆滤波器编码得到的第二光源可以得到待检测的光频率；

2、本发明中通过光移频器单边调制得到的第一光源以及通过梳妆滤波器编码得到的第二光源可以高精度测量高频率的微波信号。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例中测量系统的结构图；

图2示意性示出了本发明实施例中测量系统光电转换过程图；

图3示意性示出了本发明实施例中测量方法流程图。

附图标记说明：1-光频梳产生装置；2-光分束器；3-光滤波器；4-光移频器；5-梳妆滤波器；6-合束器；7-光电探测器；8-低频频谱仪。

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。

参阅图1，图1示意性示出了本发明实施例中测量系统的结构图，该测量系统包括：

光频梳产生装置1，用于产生光学频率梳；该光学频率梳每一梳齿频率均对应于一光信号频率，并且该光频梳产生装置1通过级联调制器、先进格式调制器以及法布里珀罗调制器中的任一调制器产生光学频率梳。当使用光频梳产生装置1级联调制器方式产生光学频率梳时，既可以基于非线性效应产生该光源，也可以基于量子点锁模激光器方式产生该光源。

光分束器2，用于将光学频率梳分成第一光信号以及第二光信号；其中，该第一光信号与该第二光信号具有相同的光频梳频率。本发明实施例中的光分束器2例如可以为光纤合束器或者空间光分束器，该光分束器2的分光比例如可以根据系统链路损耗进行优化选择。

光滤波器3用于对第一光信号选频，得到选频后的第一光信号；更具体地，光滤波器3通过角色散、干涉膜以及耦合膜中的一种或几种对第一光信号进行滤波选频，得到选频后的第一光信号。本实施例中的光滤波器3例如可以基于角色散原理滤波，也可以基于干涉膜原理、耦合膜原理进行滤波。本发明实施例中的光移频器例如可以基于光调制器的载波抑制的单边带调制原理移频，为了进一步提高抑制比，可以在光移频器后级联一个带通光学滤波器。本实施例中的梳妆滤波器5例如可以为梳妆可编程滤波器，以便于对第二光信号的梳齿幅度进行编码，用于后续对电谱进行信道化检测做准备。

光移频器4用于将待测信号调制到选频后的第一光信号上，得到调制后的第一光信号；其中，光频移器4通过调谐微波频率，将选频后的第一光信号进行单边带调制，得到调制后的第一光信号。

梳妆滤波器5用于将第二光信号的梳齿幅度进行编码，得到功率失谐的第二光信号；其中，梳妆滤波器5通过等差数列、等比数列中的一种方式对第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码。

合束器6用于将调制后的第一光信号以及功率失谐的第二光信号合束，得到合束光信号；本发明实施例中例如可以通过合束器6将第一光信号以及第二光信号进行合束；本发明实施例中的合束器6例如可以为光纤合束器，也可以为空间光合束器。

光电探测器7用于将合束光信号进行光电转换，得到第一电谱以及第二电谱。

低频频谱仪8用于检测第一电谱以及第二电谱的频率，通过第一电谱以及第二电谱得到光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率；其中，通过低频频谱仪8检测第一电谱、第二电谱的幅度以及频率大小，得到第一电谱对应的拍频频率，该拍频频率对应于第一光信号的频率，通过第一光信号的频率得到光学频率梳对应的梳齿频率。

本发明实施例提供的一种测量系统，是基于光学频率梳得梳齿能起到游标卡尺的作用这一原理。首先，光学频率梳产生装置1产生光学频率梳，用于提供种子光源给第一光信号，以及提供信道化种子光源给第二电路。通过确定光分束器2的分光比以及光分束器2将上述光学频率梳分成两路，该两路光源分别作为第一光信号以及第二光信号。通过光学频率梳的梳齿得到功率整形后的第二光信号的拍频电谱，不同频率的该拍频电谱对应于不同频率的功率表；将高频率的光学信号调制到光学频率梳的其中一根梳齿上，经过光学频率梳间隔的类似于游标卡尺的功能进行选择拍频，进而可以得到两个低频率的电谱。经过理论推导可以得到：该两个低频率的电谱与待测的电谱功率无关，所以根据拍频电谱的功率就可以得到对应的梳齿频率。

参阅图2，图2示意性示出了本发明实施例中测量系统光电转换过程图。

结合图2以及图1来具体说明，图2中上路为第一光信号，下路为第二光信号；将该第一光信号输入至光滤波器3后，得到一路光梳齿输出，将该光梳齿输出输入给光移频器4进行移频，移频的频率大小由外加射频信号决定；将该第二光信号输入至梳妆滤波器5，该梳妆滤波器5的作用是对第二光信号进行编码，该编码例如可以为等差数列、等比数列中的一种方式对第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码；然后将第一光信号以及第二光信号通过合束器6合束，输入至光电探测器7进行光电转换，再经过低频频谱仪8进行信号测量与处理。其中，合束后的第一光信号以及第二光信号经过光电转换后得到两根电谱，因为该两根电谱的范围在光频梳的梳齿范围内，因此第一光信号的光信号可以跟相邻的两根梳齿进行拍频，通过检测电谱的幅值与频率大小，可以判断是和几号光梳进行拍频，从而得到第一光信号的光信号频率，进而反推出第一光信号移频频率的大小，得到待测光信号的频率。

参阅图3，图3示意性示出了本发明实施例中测量方法流程图，包括：

S1，将光学频率梳分成第一光信号以及第二光信号。

其中，光学频率梳得每一根梳齿频率均对应于一光信号频率的光学频率梳。

S2，将第一光信号进行调制，得到调制后的第一光信号；将第二光信号的梳齿频率进行编码，得到功率失谐的第二光信号。

本发明实施例中，通过角色散、干涉膜以及耦合膜中的一种或几种对第一光信号进行滤波选频，得到选频后的第一光信号；将待测信号调制到选频后的第一光信号上，得到调制后的第一光信号。

本发明实施例中通过等差数列、等比数列中的一种方式对第二光信号的梳齿频率进行编码，得到功率失谐的第二光信号。

S3，将调制后的第一光信号以及整形后的第二光信号合束并进行光电转换，得到第一电谱以及第二电谱。

S4，检测第一电谱以及第二电谱的频率，得到光学频率梳的梳齿频率。

本发明实施例中通过检测第一电谱、第二电谱的幅度以及频率大小，得到第一电谱以及第二电谱对应的拍频频率，拍频频率对应于第一光信号的频率；通过第一光信号的频率得到光学频率梳对应的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

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)

1.一种测量系统，包括：

光频梳产生装置(1)，用于产生光学频率梳；

光分束器(2)，用于将所述光学频率梳分成第一光信号以及第二光信号；

光滤波器(3)用于对所述第一光信号选频，得到选频后的第一光信号；

光移频器(4)用于将待测信号调制到所述选频后的第一光信号上，得到调制后的第一光信号；

梳妆滤波器(5)用于将所述第二光信号的梳齿幅度进行编码，得到功率失谐的第二光信号；

合束器(6)用于将所述调制后的第一光信号以及所述功率失谐的第二光信号合束，得到合束光信号；

光电探测器(7)用于将所述合束光信号进行光电转换，得到第一电谱以及第二电谱；

低频频谱仪(8)用于检测所述第一电谱以及所述第二电谱的频率，通过所述第一电谱以及所述第二电谱得到所述光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述光频梳产生装置(1)用于产生每一梳齿频率均对应于一光信号频率的所述光学频率梳。

3.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述光频梳产生装置(1)包括级联调制器、先进格式调制器以及法布里珀罗光相位调制器。

4.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述光分束器(2)包括：光纤合束器以及空间光合束器。

5.根据权利要求1所述的测量系统，其中，所述光移频器(4)包括：光调制器。

6.一种测量方法，包括：

S1，将光学频率梳分成第一光信号以及第二光信号；

S2，将所述第一光信号进行调制，得到调制后的第一光信号；将所述第二光信号的梳齿频率进行编码，得到功率失谐的第二光信号；

S3，将所述调制后的第一光信号以及所述功率失谐的第二光信号合束并进行光电转换，得到第一电谱以及第二电谱；

S4，检测所述第一电谱以及所述第二电谱的频率，得到光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其中，步骤S4中，所述检测所述第一电谱以及所述第二电谱的频率，得到光学频率梳的梳齿频率，进而得到待测信号的频率，包括：

检测所述第一电谱、所述第二电谱的幅度以及频率大小，得到所述第一电谱以及所述第二电谱对应的拍频频率，所述拍频频率对应于第一光信号的频率；

通过所述第一光信号的频率得到所述光学频率梳对应的梳齿频率，进而得到待测信号的频率。

8.根据权利要求6所述的测量方法，其中，步骤S2中，将所述第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码，包括：

通过等差数列、等比数列中的一种方式对所述第二光信号的光频梳光谱的梳齿幅度进行编码。

9.根据权利要求6所述的测量方法，其中，步骤S2中，所述将所述第一光信号进行调制，得到调制后的所述第一光信号，包括：

对所述第一光信号选频，得到选频后的第一光信号；

将待测信号调制到所述选频后的第一光信号上，得到调制后的第一光信号。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其中，所述对所述第一光信号选频，得到选频后的第一光信号，包括：

通过角色散、干涉膜以及耦合膜中的一种或几种对所述第一光信号进行滤波选频，得到选频后的第一光信号。

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