CN113540942B - 一种快前沿微波脉冲产生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开一种快前沿微波脉冲产生装置和方法，所述装置包括：微波信号源、耗散孤子共振锁模光纤激光器、InGaAs光电导开关；所述微波信号源用于产生单频微波信号；所述耗散孤子共振锁模光纤激光器用于产生矩形光脉冲信号；所述InGaAs光电导开关的射频输入端用于接收所述单频微波信号，所述InGaAs光电导开关的光输入端用于接收所述矩形光脉冲信号；所述InGaAs光电导开关受所述矩形光脉冲信号控制的周期性地通断，对所述单频微波信号进行切割，从而产生快前沿的微波脉冲。本发明解决了微波脉冲上升时间慢的问题，利用具有亚ps量级切换时间的InGaAs高速光电导开关和耗散孤子共振矩形光脉冲对微波脉冲进行切割，产生脉冲上升沿小于1ps的快前沿微波脉冲。

Description

一种快前沿微波脉冲产生装置及方法
技术领域
本发明涉及光电技术领域，更具体地，涉及一种快前沿微波脉冲产生装置及方法。
背景技术
快前沿微波脉冲广泛应用于雷达系统、高速测试、图像处理、高功率微波武器等众多领域，这些领域对微波脉冲信号上升时间的追求是无止境的。采用阶跃恢复二极管、隧道二极管以及非线性传输线等传统电学方法对脉冲边沿进行压缩，可以产生上升时间和下降时间极短的脉冲。然而由于电子器件速率的限制，这些超快沿脉冲无法搬移到微波频段。而常用的电开关例如火花隙开关、冷阴极闸流管、微波三极管、MOSFET等，开关速度只能达到ns量级，而且体积庞大，装备复杂，触发抖动及延迟较大，而且可靠性也较差，很难满足日益增长的应用需求。与传统电子开关比较，光电导开关具备导通速度快、结构简单、集成度高、触发抖动小、插入损耗小、驱动电压低或无需驱动电压、重复频率高、电磁兼容良好等优点。目前最常用的光电导开关采用LT-GaAs材料，载流子寿命为10ps。然而其截止波长为850nm，此波段附近的超短脉冲光源通常体积庞大、价格昂贵，而且无法产生耗散孤子共振矩形光脉冲，对于快前沿微波脉冲产生系统来说并不合适。
发明内容
有鉴于此，本发明第一个实施例提供一种快前沿微波脉冲产生装置，包括：微波信号源、耗散孤子共振锁模光纤激光器、InGaAs光电导开关；
所述微波信号源用于产生单频微波信号；
所述耗散孤子共振锁模光纤激光器用于产生矩形光脉冲信号；
所述InGaAs光电导开关的射频输入端用于接收所述单频微波信号，所述InGaAs光电导开关的光输入端用于接收所述矩形光脉冲信号；
所述InGaAs光电导开关受所述矩形光脉冲信号控制的周期性地通断，对所述单频微波信号进行切割，从而产生快前沿的微波脉冲。
在一个具体实施方式中，所述矩形光脉冲信号上升和下降均时间小于1ps。
在一个具体实施方式中，所述耗散孤子共振锁模光纤激光器所用锁模技术为反向可饱和吸收体。。
在一个具体实施方式中，所述单频微波信号与所述矩形光脉冲分别通过所述射频输入端和所述光输入端同时进入InGaAs光电导开关。
在一个具体实施方式中，所述InGaAs光电导开关的切换时间小于1ps，所述快前沿的微波脉冲上升时间小于1ps。
在一个具体实施方式中，所述耗散孤子共振锁模光纤激光器能够通过改变谐振腔结构和泵浦功率产生不同脉冲宽度和峰值功率的矩形光脉冲。
在一个具体实施方式中，所述耗散孤子共振锁模光纤激光器的输出波长范围为800nm至3500nm。
本发明第二个实施例提供一种快前沿微波脉冲产生方法，包括：
微波信号源产生单频微波信号；
耗散孤子共振锁模光纤激光器产生矩形光脉冲信号；
InGaAs光电导开关的射频输入端接收所述单频微波信号，InGaAs光电导开关的光输入端接收所述矩形光脉冲信号；
所述InGaAs光电导开关受所述矩形光脉冲信号控制的周期性地通断，对所述单频微波信号进行切割，从而产生快前沿的微波脉冲。
在一个具体实施方式中，所述单频微波信号与所述矩形光脉冲分别通过所述射频输入端和所述光输入端同时进入InGaAs光电导开关。
在一个具体实施方式中，所述快前沿的微波脉冲上升时间小于1ps。
本发明的有益效果如下：本发明利用耗散孤子共振光纤激光器中的非线性效应可以直接产生矩形光脉冲，其脉冲上升和下降时间小于1ps；通过高速光电导开关替代了电开关和光调制器，避免了光电转换损耗；通过简单地调节耗散孤子共振光纤激光器的泵浦功率，可以将矩形光脉冲调节到合适地宽度；不需要复杂的外围电路产生超快沿脉冲，通过简单的光电链路可以产生脉冲边沿小于1ps的超快沿微波脉冲。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例的一种快前沿微波脉冲产生装置结构图。
图2示出本发明实施例的一种快前沿微波脉冲产生方法流程图。
图3示出本发明实施例的一种快前沿微波脉冲产生过程示意图。
具体实施方式
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。
在现有技术中，微波脉冲的上升和下降时间只能压缩至ns量级，为了进一步获得边沿更窄的超快沿微波脉冲，将微波脉冲上升时间压缩到ps量级。如图1所示本发明提供一种快前沿微波脉冲产生装置，包括：微波信号源1、耗散孤子共振锁模光纤激光器2、InGaAs光电导开关3；
如图2所示快前沿微波脉冲产生方法的流程包括：
S1、微波信号源产生单频微波信号；
S2、耗散孤子共振锁模光纤激光器产生矩形光脉冲信号；
所述耗散孤子共振锁模光纤激光器能够通过改变谐振腔结构和泵浦功率产生不同脉冲宽度和峰值功率的矩形光脉冲。耗散孤子共振锁模光纤激光器的输出波长范围为800nm至3500nm。本示例中，矩形光脉冲信号上升和下降均时间小于1ps。所述耗散孤子共振锁模光纤激光器所用锁模技术为非线性放大环形镜或非线性光纤环形镜或非线性偏振旋转或其他反向可饱和吸收体。
S3、InGaAs光电导开关的射频输入端接收所述单频微波信号，所述InGaAs光电导开关的光输入端接收所述矩形光脉冲信号；
所述单频微波信号与所述矩形光脉冲分别通过所述射频输入端和所述光输入端同时进入InGaAs光电导开关。
S4、所述InGaAs光电导开关受所述矩形光脉冲信号控制的周期性地通断，对所述单频微波信号进行切割，从而产生快前沿的微波脉冲，所述快前沿的微波脉冲上升时间小于1ps。
所述InGaAs光电导开关采用高能氮离子注入工艺，在InGaAs表面和一定深度产生深能级缺陷，致使光生载流子加速复合，获得小于1ps的超快切换时间。
如图3所示的实施例，快前沿微波脉冲产生过程如下：
微波信号源1输出一个频率为10GHz的单频微波信号。
耗散孤子共振锁模光纤激光器2使用掺铒光纤作为增益光纤，腔长2km，使用非线性偏振选择技术进行锁模，产生中心波长1550nm，脉冲宽度为20ns的耗散孤子共振矩形光脉冲，脉冲重复频率约为100kHz。
微波信号源1产生的单频微波信号和耗散孤子共振锁模光纤激光器2产生的矩形光脉冲分别进入InGaAs光电导开关3的微波和光输入端口。InGaAs光电导开关3的切换时间小于1ps，无光进入时，开关属于断开状态，当光脉冲进入时，光电导开关瞬间导通，使微波信号通过，从而产生载频为10GHz，脉冲宽度20ns，重复频率100kHz，上升时间小于1ps的快前沿微波脉冲。
本发明利用耗散孤子共振光纤激光器中的非线性效应可以直接产生矩形光脉冲，其脉冲上升和下降时间小于1ps；通过高速光电导开关替代了电开关和光调制器，避免了光电转换损耗；通过简单地调节耗散孤子共振光纤激光器的泵浦功率，可以将矩形光脉冲调节到合适地宽度；不需要复杂的外围电路产生超快沿脉冲，通过简单的光电链路可以产生脉冲边沿小于1ps的超快沿微波脉冲。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种快前沿微波脉冲产生装置，其特征在于，包括：微波信号源、耗散孤子共振锁模光纤激光器、InGaAs光电导开关；
所述微波信号源用于产生单频微波信号；
所述耗散孤子共振锁模光纤激光器用于产生矩形光脉冲信号；
所述InGaAs光电导开关的射频输入端用于接收所述单频微波信号，所述InGaAs光电导开关的光输入端用于接收所述矩形光脉冲信号；
所述InGaAs光电导开关受所述矩形光脉冲信号控制的周期性地通断，对所述单频微波信号进行切割，从而产生快前沿的微波脉冲；
所述耗散孤子共振锁模光纤激光器使用掺铒光纤作为增益光纤，腔长2km，使用非线性偏振选择技术进行锁模，产生中心波长1550nm，脉冲宽度为20ns的耗散孤子共振矩形光脉冲，脉冲重复频率为100kHz。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述矩形光脉冲信号上升和下降均时间小于1ps。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耗散孤子共振锁模光纤激光器所用锁模技术为反向可饱和吸收体。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单频微波信号与所述矩形光脉冲分别通过所述射频输入端和所述光输入端同时进入InGaAs光电导开关。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述InGaAs光电导开关的切换时间小于1ps，所述快前沿的微波脉冲上升时间小于1ps。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耗散孤子共振锁模光纤激光器能够通过改变谐振腔结构和泵浦功率产生不同脉冲宽度和峰值功率的矩形光脉冲。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耗散孤子共振锁模光纤激光器的输出波长范围为800nm至3500nm。
8.一种快前沿微波脉冲产生方法，其特征在于，包括：
微波信号源产生单频微波信号；
耗散孤子共振锁模光纤激光器产生矩形光脉冲信号；
InGaAs光电导开关的射频输入端接收所述单频微波信号，InGaAs光电导开关的光输入端接收所述矩形光脉冲信号；
所述InGaAs光电导开关受所述矩形光脉冲信号控制的周期性地通断，对所述单频微波信号进行切割，从而产生快前沿的微波脉冲；
所述耗散孤子共振锁模光纤激光器使用掺铒光纤作为增益光纤，腔长2km，使用非线性偏振选择技术进行锁模，产生中心波长1550nm，脉冲宽度为20ns的耗散孤子共振矩形光脉冲，脉冲重复频率为100kHz。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述单频微波信号与所述矩形光脉冲分别通过所述射频输入端和所述光输入端同时进入InGaAs光电导开关。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述InGaAs光电导开关的切换时间小于1ps，所述快前沿的微波脉冲上升时间小于1ps。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116232257B (zh) * 2023-03-15 2024-03-08 陕西炬脉瑞丰科技有限公司 高压波形放大系统及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917943A (en) * 1974-11-21 1975-11-04 Bell Telephone Labor Inc Picosecond semiconductor electronic switch controlled by optical means

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4822991A (en) * 1987-11-09 1989-04-18 Sperry Marine Inc. Optically switched microwave pulse generator
JP2599220B2 (ja) * 1990-11-22 1997-04-09 日本電信電話株式会社 光短パルス発生方法および装置
CN1326324C (zh) * 2004-04-02 2007-07-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 利用光致短路产生亚载流子寿命导波电脉冲的器件结构
CN103078245B (zh) * 2011-10-25 2015-04-15 北京邮电大学 耗散孤子主动锁模光纤激光器
CN112054374B (zh) * 2020-09-10 2021-11-05 中国人民解放军国防科技大学 频率可调谐的窄带和超宽带相结合的高功率微波源
CN112072450A (zh) * 2020-10-10 2020-12-11 中国人民解放军国防科技大学 基于光导器件的可调谐超高重频微波产生装置及产生方法
CN112763082B (zh) * 2020-11-30 2022-04-19 北京无线电计量测试研究所 基于光电导技术的皮秒级脉冲波形参数测量装置和方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3917943A (en) * 1974-11-21 1975-11-04 Bell Telephone Labor Inc Picosecond semiconductor electronic switch controlled by optical means

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