CN114389711A - 一种具有良好可重构性的全光多通道/多波段线性调频信号光学生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有良好可重构性的全光多通道/多波段线性调频信号的光学生成方法，该方法涉及微波技术领域和光通信技术领域。所述方法如说明书附图图1所示，包括激光器LD、任意波形发生器AWG、双偏振正交相移键控调制器DP‑QPSK、掺铒光纤放大器EDFA、光耦合器OC、偏振控制器PC、偏振分束器PBS和平衡光电二极管BPD。DP‑QPSK经过两个本振信号和一个AWG信号调制后，通过设置正确的偏压点，生成正交偏振复用的信号。调节PC引入不同的相移，经过PBS分为两路信号，注入PD后就可以得到不同频带的信号。本发明提出的方法结构紧凑，重配置性好，频率可调范围大，可用于分布式雷达系统和多频带雷达系统。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域以及微波技术领域，主要涉及利用光子学技术产生多波段线性调频信号。
背景技术
为了提高现代雷达系统的探测灵敏度和抗侦察能力，需要产生高载频、宽带宽、多频带、大时间带宽乘积的脉冲压缩信号。光子辅助脉冲压缩信号生成方法具有工作带宽大、损耗低、抗电磁干扰能力强等优点，成为现代雷达系统的一个很有前途的候选方案。线性调频信号作为一种典型的脉冲压缩信号，由于其良好的脉冲压缩能力，被广泛应用于大探测距离和高距离分辨率雷达探测。与单啁啾信号相比，双啁啾线性调频波形对多普勒频移不敏感，受到了更多的关注。
得益于微波光子学多波段、大带宽、抗电磁干扰等一系列的优势，采用微波光子学的技术产生线性调频信号逐渐成为了研究的热点。采用微波光子学技术，可在多波段范围内生成双啁啾信号，在下一代的雷达探测等相关领域有潜在的应用价值。
目前已经报道的光子产生线性调频信号的方案中，大多都只能产生单波段双啁啾信号；一部分可以产生多波段双啁啾信号，但是由于需要的高阶光学边带需要高功率，导致系统的实际可行性较差。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种具有高可重构性的全光多通道/多波段线性调频信号的光学生成方法。两个本振信号LO1和LO2分别输入X-QPSK的子调制器X-MZM1和X-MZM2的射频端口，调整偏置电压，使得X-MZM1、X-MZM2和主调制器分别工作在最小点MITP、最小点MITP以及正交点QTP；AWG生成的线性调频信号输入Y-QPSK的子调制器Y-MZM1射频端口中，Y-MZM2调制器的射频端口空载，调整偏置电压，使得Y-MZM1、Y-MZM2和主调制器都工作在最小点MITP。X-QPSK和Y-QPSK输出的两路光信号通过90°PR后偏振态相互正交，随后这两路光信号经过PBC合束后输出，通过对不同通道的PC进行适当的调整，可以改变产生的双啁啾线性调频信号的载波频率。当用中频线性调频信号代替基带线性调频信号时，可以获得多波段线性调频信号。该系统具有良好的可重构性，结构紧凑。同时，由于全光工作，具有较大的工作带宽。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述装置包括激光器LD、任意波形发生器AWG、双偏振正交相移键控调制器DP-QPSK、掺铒光纤放大器EDFA、光耦合器OC、偏振控制器PC、偏振分束器PBS和平衡光电二极管BPD。光源的输出端与DP-QPSK的输入端连接，两个本振信号LO1和LO2分别输入X-QPSK的子调制器X-MZM1和X-MZM2的射频端口，调整偏置电压，使得X-MZM1、X-MZM2和主调制器分别工作在最小点MITP、最小点MITP以及正交点QTP；AWG生成的线性调频信号输入Y-QPSK的子调制器Y-MZM1射频端口中，Y-MZM2调制器的射频端口空载，调整偏置电压，使得Y-MZM1、Y-MZM2和主调制器都工作在最小点MITP，X-QPSK和Y-QPSK输出的两路光信号通过90°PR后偏振态相互正交，随后这两路光信号经过PBC合束后输出，DP-QPSK的输出端与掺铒光纤放大器EDFA的输入端相连，EDFA的输出被光耦合器分成多路信号，每路信号都接入一个偏振控制器PC的输入端，每个偏振控制器PC的输出端都连接一个偏振分束器PBS的输入端，PBS的两个输出端连接光电探测器BPD的两个输入端，BPD的输出端可以直接连接天线发出信号。
所述的DP-QPSK内部是由Y型分光器、两个双平行马赫增德尔调制器X-QPSK和Y-QPSK、90度偏振旋转器90°PR和偏振合束器PBC集成，其中X-QPSK和Y-QPSK均由两个子MZM构成。
本发明在工作时包括以下步骤：
(1)从光源发出的波长为λ的光载波输入到DP-QPSK中；
(2)将两路本振信号输入到X-QPSK的两个射频输入端口，调节直流偏压，使X-QPSK的两个子调制器工作在最小传输点，主调制器工作在正交传输点，可以输出抑制载波双边带信号。将AWG产生的线性调频信号输入到Y-QPSK调制器的一个子调制器上，另一个子调制器空载，调节直流偏置，使Y-QPSK调制器的三个偏置电压均设置在最小传输点，可以输出抑制载波双边带信号；
(3)来自上下臂的输出信号通过PBC正交组合，输出正交偏振复用光信号；
(4)从DP-QPSK输出的信号输入到掺铒光纤放大器EDFA进行放大；
(5)经过EDFA放大的信号输入到光耦合器OC中分成多路信号，发送到多个支路中；
(6从OC中输出的每路信号，都输入到一个偏振控制器PC中，通过适当地调整PC，偏振复用信号的方向与PBS的一个主轴成45度角，同时引入相移；
(7)从PC输出的信号输入到偏振分束器PBS中；
(8)从PBS中输出的两路信号输入到平衡光电二极管BPD的两个输入端口中，经过光电平衡探测后，将得到所产生的多波段双啁啾信号。
本发明提出了一种多波段的双啁啾信号的生成方法，使用DP-QPSK输出正交偏振复用的信号，然后正交偏振复用光信号通过EDFA的放大，被光耦合器OC分为多个支路，再经过PC引入相移后，被PBS分为两路信号，最后经过BPD拍频后，便可实现多波段啁啾信号的产生。通过在不同通道中适当调整PC，可以更改生成的双线性调频信号的载波频率。当用中频线性调频信号代替基带线性调频信号时，可以获得多频带线性调频信号。
本发明该系统具有良好的可重构性，并且结构紧凑。通过使用PC引入不同的相移，可以灵活的在不同的波段产生双啁啾信号，增强了系统的性能，扩展了系统的应用范围。
附图说明
图1为本发明所提出的多通道/多波段线性调频信号光学生成方法的原理图。
图2中虚线是X-QPSK的输出光谱，点划线是Y-QPSK的输出光谱，实线是DP-QPSK的输出光谱；
图3(a)为PC引入0°相移时生成的10GHz双线性调频信号的实测电频谱，图3(b)为PC引入0°相移时生成的10GHz双线性调频信号的波形,图3(c)为PC引入0°相移时生成的10GHz双线性调频信号计算的频率-时间图；
图4(a)为PC引入0°相移时生成的线性调频信号的周期波形,图4(b)为PC引入0°相移时生成的线性调频信号的自相关函数；
图5(a)为PC引入90°相移时生成的15GHz双线性调频信号的实测电频谱,图5(b)为PC引入90°相移时生成的15GHz双线性调频信号的波形,图5(c)为PC引入90°相移时生成的15GHz双线性调频信号计算的频率-时间图；
图6(a)为PC引入90°相移时生成的15GHz线性调频信号的周期波形,图6(b)为PC引入90°相移时生成的15GHz线性调频信号的周期波形自相关函数；
图7(a)为PC引入45°相移时生成的双频双线性调频信号的实测电频谱,图7(b)为PC引入45°相移时生成的双频双线性调频信号的波形,图7(c)为PC引入45°相移时生成的双频双线性调频信号的计算的频率-时间图；
图8(a)为用中频线性调频信号代替基频线性调频信号时生成的多波段单线性调频线性调频信号的实测电频谱，图8(b)为用中频线性调频信号代替基频线性调频信号时生成的多波段单线性调频线性调频信号的波形,图8(a)为用中频线性调频信号代替基频线性调频信号时生成的多波段单线性调频线性调频信号计算的频率-时间图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作流程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。
图1为一种具有良好可重构性的全光多通道/多波段线性调频信号的光学生成方法，包括激光器LD、任意波形发生器AWG、双偏振正交相移键控调制器DP-QPSK、掺铒光纤放大器EDFA、光耦合器OC、偏振控制器PC、偏振分束器PBS和平衡光电二极管BPD，其中DP-QPSK内部是由Y型分光器、两个双平行马赫增德尔调制器X-QPSK和Y-QPSK、90度偏振旋转器90°PR和偏振合束器PBC集成；其特征在于，激光器输出的连续光载波进入调制器DP-QPSK，两个本振信号LO1和LO2分别输入X-QPSK的子调制器X-MZM1和X-MZM2的射频端口，调整偏置电压，使得X-QPSK的X-MZM1、X-MZM2和主调制器分别工作在最小点MITP、最小点MITP以及正交点QTP；AWG生成的线性调频信号输入Y-QPSK的子调制器Y-MZM1射频端口中，Y-MZM2调制器的射频端口空载，调整偏置电压，使得Y-QPSK的Y-MZM1、Y-MZM2和主调制器都工作在最小点MITP。X-QPSK和Y-QPSK输出的两路光信号通过90°PR后偏振态相互正交，随后这两路光信号经过PBC合束后输出，DP-QPSK的输出端口连接到EDFA的输入端，EDFA的输出端连接OC的输入端，OC的输出分为多个支路，OC的输出端分别连接PC的输入端，经过PC后引入相移，PC的输出端连接PBS的输入端，然后PBS的两个输出端口分别连接到BPD的两个输入端口，经过光电探测后，便可实现多波段啁啾信号的产生，通过在不同支路中适当调整PC，可以更改生成的双线性调频信号的载波频率，当使用中频线性调频信号代替基带线性调频信号时，可以获得多频带线性调频信号。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：光源产生工作波长为1549.6nm、功率为11dBm的连续光波，该连续光波作为载波输入到DP-QPSK；
步骤二：两个分别为10GHz和15GHz的本振信号驱动X-QPSK，调节直流偏压，使两个子调制器工作在最小点，主调制器工作在正交点。生成只包含两个本振信号的抑制载波双边带信号。由任意波形发生器AWG产生的带宽为50MHz、持续时间为1us的基带单啁啾信号加载到Y-QPSK的一个子调制器的射频端口，另一个子调制器的射频端口空载，调节直流偏压，使Y-QPSK的三个子调制器都工作在最小点以抑制光载波，生成只包含基带线性调频信号的抑制载波双边带信号。最终，DP-QPSK的输出偏振复用光信号，X偏振方向只包含两个本振信号的调制边带，而Y偏振方向只包含基带线性调频信号的光学边带；
步骤三：偏振正交的信号输入EDFA并被EDFA放大，EDFA的输出功率为10dBm。放大后的信号被发送到多个分支。每个分支由一台PC、一台PBS一个响应度为0.65A/W的宽带BPD组成；
步骤四：调节PC，使其引入0°的相移，这时仅产生10GHz波段的双啁啾信号；
步骤五：调节PC，使其引入90°的相移，这时仅产生15GHz波段的双啁啾信号；
步骤六：当PC引入的相移是其他角度时，这时产生10GHz和15GHz波段的双啁啾信号。特别是当PC引入的相移是45°时，产生功率相等的10GHz和15GHz波段的双啁啾信号；
图2是从DP-QPSK输出的偏振复用信号的光谱，表示DP-QPSK可以生成多个波段的本振信号和线性调频信号。图3-4显示了仅保留10GHz波段的双啁啾信号时的电频谱、波形、计算的频率-时间图、周期波形和自相关函数。最大旁瓣约为0.163，峰旁瓣比PSR约为7.88dB。半峰宽为1.12ns，对应于约893的脉冲压缩比。图5-6显示了仅产生15GHz波段双啁啾信号的电频谱、波形、计算的频率-时间图、周期波形和自相关函数。计算的峰值旁瓣比7.82dB，脉冲压缩比885。图7显示同时生成10GHz和15GHz波段的双啁啾信号的电谱、波形和计算出的时频图。与图3和图5中的单波段线性调频信号相比，在产生双频双啁啾信号时，每个频带的功率降低了3dB。图8显示了当两个本振信号分别设置为12GHz和24GHz时，使用带宽为500MHz、初始频率为2GHz、啁啾速率为0.5GHz/μs的中频线性调频信号代替基带线性调频信号时，生成的四波段单线性调频信号的实测电频谱，波形和计算的频率-时间图，在不改变初始参数配置的情况下，获得了频率为9.5～10GHz，14～14.5GHz，21.5～22GHz和26～26.5GHz的四波段线性调频信号。
在本方案中，首先仅采用一个电光调制器，避免了光路分离所引入的相位噪声。在不改变调制器参数配置的情况下，不仅能够产生单、双频双啁啾信号，而且能产生多频率的单啁啾信号，具有良好的可重构性，本振频率调谐灵活，脉冲压缩性能好，旁瓣抑制能力强。该方法结构紧凑，可重构性好，频率可调范围大，应用范围更广，在分布式雷达系统和多波段雷达系统等领域中均有潜在的应用价值。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同的变形和替换，例如使用分离的器件来实现DP-QPSK的功能。此外，改变输入光载波波长、功率，改变本振信号功率，改变基带相位编码信号格式和幅度等为本发明的保护的范围。
Claims (1)
1.一种具有良好可重构性的全光多通道/多波段线性调频信号的光学生成方法，包括激光器LD、任意波形发生器AWG、双偏振正交相移键控调制器DP-QPSK、掺铒光纤放大器EDFA、光耦合器OC、偏振控制器PC、偏振分束器PBS和平衡光电二极管BPD，其中DP-QPSK内部是由Y型分光器、两个双平行马赫增德尔调制器X-QPSK和Y-QPSK、90度偏振旋转器90°PR和偏振合束器PBC集成；其特征在于，LD输出的连续光载波进入调制器DP-QPSK，两个本振信号LO1和LO2分别输入X-QPSK的子调制器X-MZM1和X-MZM2的射频端口，调整偏置电压，使得X-MZM1、X-MZM2和主调制器分别工作在最小点MITP、最小点MITP以及正交点QTP；AWG生成的线性调频信号输入Y-QPSK的子调制器Y-MZM1射频端口中，Y-MZM2调制器的射频端口空载，调整偏置电压，使得Y-MZM1、Y-MZM2和主调制器都工作在最小点MITP，X-QPSK和Y-QPSK输出的两路光信号通过90°PR后偏振态相互正交，随后这两路光信号经过PBC合束后输出，DP-QPSK的输出端口连接到EDFA的输入端，EDFA的输出端连接OC的输入端，OC的输出分为多个支路，每路输出分别连接PC的输入端，经过PC后引入相移，PC的输出端连接PBS的输入端，然后PBS的两个输出端口分别连接到BPD的两个输入端口，经过光电探测后，便可实现多波段啁啾信号的产生，通过在不同支路中适当调整PC，可以改变所生成的双线性调频信号的载波频率，当使用中频线性调频信号代替基带线性调频信号时，可以获得多波段线性调频信号。
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