CN114720947A - 一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测方法及系统 - Google Patents

一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测方法及系统，将本振信号与扫频信号分别通过两个光频梳产生器产生本振光频梳与扫频光频梳；从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号，从扫频光频梳中选出包含光载波与扫频边带的复合光信号分成两路，一路作为参考光信号，另一路转化为宽带太赫兹信号后辐射到目标环境中，接收目标回波信号后通过以本振信号为参考的谐波混频器下变频为基带目标回波信号，对本振载波光信号调制后送入相干接收模块与参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频信号。本发明通过同一参考源同步光频梳及谐波混频器实现宽带太赫兹雷达信号的光子产生与实时相干接收，系统参数灵活可调，抗干扰能力强。

Description

一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测方法及系统
技术领域
本发明涉及一种雷达探测方法，尤其涉及一种基于光子倍频技术的宽带太赫兹雷达探测方法及系统。
背景技术
基于电磁波散射特性及媒介传播特性，雷达工作于不同频段具有各自优势特性。处于相对低频频段的微波雷达相关技术已广泛发展，范围从KHz级别的甚低频到几十GHz级别的毫米波。而太赫兹频段雷达受限于太赫兹器件而发展受限，特别是覆盖广域太赫兹频谱空间、工作波段灵活可调、信号可实时高精度处理分析的太赫兹雷达系统。目前宽带太赫兹雷达系统主要基于微波基带信号的多次倍频实现，然而目前射频放大、倍频、混频及传输在承载宽带信号时存在交调/谐波干扰、阻抗匹配，幅度/相位非线性等问题，严重影响宽带太赫兹雷达系统的性能及灵活性（参见[Caris M, Stanko S, Wahlen A, et al. Veryhigh resolution radar at 300 GHz, 2014 11th European Radar Conference. IEEE,2014: 494-496.]）。得益于微波光子技术的快速发展，微波信号的光域产生、传输、处理可解决传统电域无法处理的问题，如光子混频、光子倍频、光子真延时、光子相干接收等为克服传统雷达电子瓶颈问题，改善提高技术性能，提供了新的技术支撑，成为下一代雷达的关键技术（参见 [Ghelfi P, Laghezza F, Scotti F, et al. A fully photonics-basedcoherent radar system[J]. Nature, 2014, 507(7492): 341-345.]）。将光子技术应用于太赫兹雷达领域，更能解决一些限制太赫兹雷达发展的瓶颈问题。基于光子倍频技术的雷达探测信号产生及基于光子混频技术的宽带雷达回波信号实时接收处理等技术已在新型雷达接收技术中使用（参见[Zhang F, Guo Q, Zhang Y, et al. Photonics-basedreal-time and high-resolution ISAR imaging of non-cooperative target[J].Chinese Optics Letters, 2017, 15(11): 112801.]），但目前基于光子倍频技术实现太赫兹雷达系统的方案还少有报道，特别是接收端基于相干技术的太赫兹雷达系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：克服现有技术不足，通过光频梳倍频技术，实现波段可重构太赫兹宽带雷达发射信号的产生，基于时钟同步锁定及光子相干接收技术，实现宽带太赫兹雷达回波信号的实时接收。系统灵活可调，抗干扰性能优异。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
载频为f C 的光载波分成两路后分别送入第一、第二光频梳产生器，瞬时频率为f LO ＋f LFM 的扫频信号送入第一光频梳产生器产生边带倍频的扫频光频梳，频率为f LO 的本振信号送入第二光频梳产生器产生等间隔的本振光频梳；从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号f C ＋Mf LO (M为整数)，从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号，并将复合光信号分成两路，其中一路作为参考光信号送入相干接收模块，另一路通过光电探测器转化为瞬时频率为M(f LO ＋f LFM )的宽带太赫兹信号后辐射到目标环境中，接收太赫兹目标回波信号后通过以本振信号为基频的谐波混频器下变频得到基带目标回波信号Mf LFM ；基带目标回波信号通过低噪声放大器放大后对所述本振载波光信号调制得到接收光信号；接收光信号送入相干接收模块与参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频信号，完成探测。
优选地，所述谐波混频器为肖克利谐波混频器，所述第一光频梳产生器与第二光频梳产生器可为单个相位调制器、或相位调制器级联强度调制器的组合装置；其中谐波混频器的基频与送入第二光频梳产生器的本振信号频率f LO 相等，且基于同一个参考信号同步第二光频梳产生器与谐波混频器。
优选地，从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号，具体可通过光波束整形器、激光器注入锁定、光滤波器等装置实现选频；通过控制光选频器通带频率可以选择不同高阶扫频边带，继而调节宽带太赫兹信号的工作波段及带宽，即宽带太赫兹信号M(f LO ＋f LFM )中M的大小。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测系统，包括：
激光器，用于产生载频为f C 的光载波；
第一光耦合器，用于将光载波分为两路，并分别送入第一光频梳产生器与第二光频梳产生器；
第一光频梳产生器，用于根据光载波和扫频信号生成扫频光频梳；
第二光频梳产生器，用于根据光载波和本振信号生成频率间隔为f LO 的本振光频梳信号；
信号源，用于产生瞬时频率为f LO ＋f LFM 的扫频信号及频率为f LO 的本振信号；
第一光选频器，用于从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号；
第二光耦合器，用于将复合光信号分成两路，一路作为发射光信号送给发射单元，一路作为参考光信号送给相干接收模块；
第二光选频器，用于从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号f C ＋Mf LO ；
发射单元，用于将复合光信号转换成宽带太赫兹雷达发射信号并辐射到目标环境中；
接收单元；用于接收太赫兹目标回波信号，并通过以本振信号为基频的谐波混频器将太赫兹目标回波信号下变频为基带目标回波信号；
低噪声放大器，用于对基带目标回波信号进行放大；
电光调制器，用于将低噪声放大器放大后的基带目标回波信号调制到输入电光调制器的本振载波光信号上，得到接收光信号，并送入相干接收模块的另一个接收端；
相干接收模块，用于将参考光信号与接收光信号在光域实现相干融合检测，得到携带目标信息的两路正交中频信号；
采集处理模块，用于两路正交中频信号进行模数转换，并进行雷达数字信号处理，提取出目标信息。
进一步地，所述发射单元包括：
集成天线单向载流子探测器，用于将复合光信号转换成太赫兹雷达发射信号并辐射到空间中；
发射太赫兹透镜，用于将辐射到空间中的太赫兹雷达发射信号进行会聚，得到窄波束太赫兹雷达发射信号；
接收单元包括：
接收太赫兹透镜，用于将太赫兹雷达回波信号进行会聚到集成天线谐波混频器上；
集成天线谐波混频器，用于接收第二太赫兹透镜会聚的太赫兹雷达回波信号，并通过谐波混频器将太赫兹目标回波信号下变频为基带目标回波信号；
优选地，所述谐波混频器为肖克利谐波混频器，所述第一光频梳产生器与第二光频梳产生器为单个相位调制器、或相位调制器级联强度调制器的组合装置；其中谐波混频器的基频与送入第二光频梳产生器的本振信号频率f LO 相等，且第二光频梳产生器与谐波混频器同步。
进一步地，所述第一光选频器、第二光选频器具体为光波束整形器、双激光器或光滤波器等。
进一步地，所述电光调制器为马赫曾德尔调制器、相位调制器或双平行调制器等。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
1）本发明信号产生部分，基于光频梳倍频技术实现宽带太赫兹雷达信号的产生，基于光频梳的丰富频谱特性，可灵活实现太赫兹雷达信号在太赫兹波段宽及带宽调节。
2）本发明信号接收部分，通过谐波混频器结合光相干技术实现宽带太赫兹雷达回波信号接收，在光域可实现宽带太赫兹信号的相干接收，可有效抑制系统噪声及镜频干扰信号。
3）本发明基于单个高性能参考信号同时为光频梳产生器与谐波混频器提供参考信号，保证谐波混频器参与下变频的基频信号与太赫兹雷达信号严格相干，从而可保证对雷达回波信号的严格相干接收，提高雷达系统的稳定性及信噪比。
附图说明
图1为本发明一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测系统原理示意图；
图2为本发明基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测系统的一个具体实施例的结构图；
图3为本发基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测系统的一个具体实施例的结构图中光频梳产生器的结构图；
图4为图2所示基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测系统中对应节点处产生的信号频谱及信号示意图；
其中，A对应为扫频光频梳频谱分布，B对应为复合光信号频谱分布，C对应为宽带太赫兹雷达发射信号频谱分布，D对应为基带回波信号频谱分布，E对应为本振光频梳频谱分布，F对应为本振载波光信号频谱分布，G对应为接收光信号频谱分布，H对应为参考光信号与雷达接收光信号融合后的光谱图，I对应为中频信号复数形式的频谱。
具体实施方式
针对现有技术的不足，本发明的思路是基于光频梳丰富的频谱分量，通过波长选择技术实现波段可重构宽带太赫兹雷达信号的产生，基于稳定参考信号实现宽带太赫兹雷达回波信号的下变频，并基于光子相干接收方法实现雷达回波信号相干接收。本方案雷达工作参数灵活可调，信号处理实时高效，抗杂散能力强。
本发明的一种基于光子技术的太赫兹雷达探测系统结构如图1所示，具体包括：激光器、第一光耦合器（OC1）、第一光频梳产生器、第二光频梳产生器、第一光选频器、第二光选频器、信号源、低噪声放大器（LNA）、电光调制器、第二光耦合器（OC2）、发射单元、接收单元、相干接收模块、采集处理模块等。
雷达探测方法为：激光器输出频率为f C 的光载波信号经第一光耦合器分为两路后分别送入第一光频梳产生器与第二光频梳产生器；信号源输出频率为f LO 的本振信号作为电信号送入第二光频梳产生器，第二光频梳产生器输出等间隔的本振光频梳信号，第二光选频器从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号f C ＋Mf LO (M为整数)；同时，信号源输出频率为f LO ＋f LFM 的扫频信号作为电信号送入第一光频梳产生器，第一光频梳产生器输出包含高阶扫频边带的扫频光频梳，第一光选频器从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号，经第二光耦合器分成两路;一路作为参考光信号，另一路通过发射单元中光电探测器转化为瞬时频率为M(f LO ＋f LFM )的宽带太赫兹信号后辐射到目标环境中，雷达接收单元接收太赫兹目标回波信号后通过谐波混频器将太赫兹目标回波信号下变频得到基带目标回波信号Mf LFM ；基带目标回波信号通过低噪声放大器放大后，在电光调制器中对本振载波光信号调制得到接收光信号；接收光信号与参考光信号送入相干接收模块实现相干接收，得到携带目标信息的中频信号，通过算法可提取探测目标信息，完成探测。
需要说明的是，所述第一光频梳产生器与第二光频梳产生器可为单个相位调制器、或相位调制器级联强度调制器的组合装置等。
所述电光调制器可以为马赫-曾德尔调制器、或相位调制器、或双平行调制器等。
所述第一光选频器、第二光选频器可以为光波束整形器、双激光器或光滤波器等，通过光波束整形器、激光器注入锁定或光滤波器选频。其中通过控制光选频器通带频率选择不同高阶扫频边带，继而调节宽带太赫兹信号的工作波段及带宽，即宽带太赫兹信号M(f LO ＋f LFM )中M的大小。
为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例来对本发明的技术方案进行进一步详细说明：
如图2所示，本实施例的太赫兹雷达系统包括：1个激光器、2个光频梳产生器（第一光频梳产生器、第二光频梳产生器）、1个光滤波器、1个波束整形器、1个任意波形发生器、1个电功分器、1个马赫-曾德尔调制器（MZM）、2个1×2光耦合器（OC1，OC2）、1个集成天线单向载流子探测器（UTC-PD）、1个发射太赫兹透镜、1个接收太赫兹透镜、1个集成天线肖克利谐波混频器、1个低噪声放大器（LNA）、1个相干接收模块以及一个采集处理模块。
本实施例第一、第二光频梳产生器选择相位调制器级联强度调制器的组合装置，具体结构如图3所示，由功分器，移相器，马赫-曾德尔调制器(MZM)以及相位调制器(PM)组成。
本发明的太赫兹雷达探测系统，首先激光器输出频率为f C 的光载波信号经第一光耦合器（OC1）分为两路后分别送入第一光频梳产生器与第二光频梳产生器，光频梳产生器的结构如图3所示。一方面，任意波形发生器产生频率为f LO 的本振信号，电功分器将本振信号分为两路，一路送入接收单元，一路送入第二光频梳产生器，另一方面，任意波形发生器产生瞬时频率为f LO ＋f LFM 的扫频信号，其中f LFM = kt (0≤ t ≤T)，其中k为扫频信号扫频斜率，T为扫频信号周期。扫频信号送入第一光频梳产生器产生边带倍频的扫频光频梳信号，其光谱图如图4中的A所示。扫频光频梳信号送入波束整形器后，波束整形器从扫频光频梳信号中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号(M为整数)，其光谱图如图4中的B所示，时域可以表示为：
S T (t) = AC exp(j2πf C t)+AM exp[j2π(f C +M(f LO +0.5kt))t] (0≤ t ≤T) (1)
其中，AC为光载波幅度，AM为高阶扫频边带幅度。复合光信号送入第二光耦合器（OC2）分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，另一路作为发射光信号送入发射单元。送入发射单元的光信号经过集成天线单向载流子探测器完成光-太赫兹信号转换后，得到倍频宽带太赫兹雷达发射信号并通过集成天线辐射到空间中。雷达发射信号其频谱如图4中的C所示，时域可以表示为：
S T_T (t) = AM_T exp[j2πM(f LO +0.5kt)t] (0≤ t ≤T) (2)
其中AM_T为雷达发射信号幅度。集成天线的单向载流子探测器前的发射太赫兹透镜对太赫兹雷达发射信号进行会聚并辐射到目标环境中。遇到目标的太赫兹雷达发射信号发生反射得到太赫兹目标回波信号，太赫兹目标回波信号通过接收单元的接收太赫兹透镜会聚到集成天线谐波混频器的天线处。送入接收单元的本振信号输入集成天线谐波混频器的基频输入口，在集成天线谐波混频器的谐波混频器中发生倍频得到频率为Mf LO 的谐波太赫兹信号，谐波太赫兹信号与太赫兹雷达回波信号混频后，得到下变频的基带目标回波信号，其频谱如图4中的D所示,时域可以表示为：
S T_R (t) = AM_R exp[jπMk(t-τ)2] (0≤ t ≤T) (3)
其中，AM_R是基带目标回波信号幅度，τ是太赫兹雷达回波信号相对太赫兹雷达发射信号的延时。本振信号送入第二光频梳产生器产生等间隔的本振光频梳，其频谱如图4中的E所示。光滤波器从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号。其频谱如图4中的F所示，时域可以表示为：
S L (t) = AL exp[j2π(f C +Mf LO )t] (0≤ t ≤T) (4)
其中，A L 为本振载波光信号的幅度。基带目标回波信号通过低噪声放大器（LNA）放大后通过马赫曾德尔调制器(MZM)调节本振载波光信号，得到接收光信号。当忽略高阶调制边带，只考虑正负一阶调制边带时，接收光信号光谱图如图4中的G所示，其时域可以表示为：
S L _ R (t)=AD exp[j2π(f C +M(f LO -0.5k(t-τ))) (t-τ)]+ A0 exp[j2π((f C +Mf LO )(t- τ))]
+ AU exp[j2π(f C +M(f LO +0.5k(t-τ))) (t-τ)] (0≤ t ≤T) (5)
其中AD、A0及AU为负一阶、载波、正一阶边带信号幅度。接收光信号送入相干接收模块的另一个光接收端，接收光信号与参考光信号在光域融合，且其正一阶边带与参考光信号重合，其光谱如图4中的H所示。重合部分瞬时频率差为f IF =Mkτt，接收光信号与参考光信号在相干接收模块实现相干接收后，在相干接收模块的两个输出端可得到正交的两个中频信号，中频电信号可以表示为：
Figure 749264DEST_PATH_IMAGE001
(0≤ t ≤T) (6)
即携带目标信息中频信号的两个正交分量S I (t)、S Q (t)，其中φ为中频信号的相位信息，对应信号复数形式为：
S IF (t) = S I (t)+ jS Q (t)=Cexp[j2πMkτt+jφ] (0≤ t ≤T) (7)
C为复中频信号的幅度，将该中频信号模数转换后，基于雷达信号处理算法即可得到目标距离、速度、散射特性等信息，其频谱分布如图4中的I所示。
本方案在通过同一本振信号为光频梳发生器及谐波混频器提供基频信号，可保证雷达系统良好的相干性；通过选定光频梳不同边带可实现太赫兹雷达工作波段及带宽的灵活调节；并基于光子相干接收方案，在保证雷达系统工作在太赫兹波段的同时实现实时相干接收，得到复数中频信号。相比实数中频信号不仅多一个维度的信息，且具有更强的抵抗镜频干扰的能力。接收机信噪比整体也可大大提升。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测方法，其特征在于，该方法具体为：
载频为f C 的光载波分别送入第一、第二光频梳产生器，瞬时频率为f LO ＋f LFM 的扫频信号送入第一光频梳产生器产生边带倍频的扫频光频梳，频率为f LO 的本振信号送入第二光频梳产生器产生等间隔的本振光频梳；从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号f C ＋Mf LO ，M为整数，从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号，并将复合光信号分成两路，其中一路作为参考光信号送入相干接收模块，另一路通过光电转化为瞬时频率为M(f LO ＋f LFM )的宽带太赫兹信号后辐射到目标环境中，接收太赫兹目标回波信号后通过以本振信号为基频的谐波混频器下变频得到基带目标回波信号Mf LFM ；基带目标回波信号放大后对所述本振载波光信号调制得到接收光信号；接收光信号送入相干接收模块与参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频信号，完成探测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐波混频器为肖克利谐波混频器，所述第一光频梳产生器与第二光频梳产生器为单个相位调制器、或相位调制器级联强度调制器的组合装置；其中谐波混频器的基频与送入第二光频梳产生器的本振信号频率f LO 相等，且第二光频梳产生器与谐波混频器同步。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号具体通过光波束整形器、激光器注入锁定或光滤波器选频实现。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过控制光选频器通带频率选择不同高阶扫频边带，继而调节宽带太赫兹信号的工作波段及带宽，即宽带太赫兹信号M(f LO ＋f LFM )中M的大小。
5.一种基于光子倍频技术的太赫兹雷达探测系统，其特征在于，包括：
激光器，用于产生载频为f C 的光载波；
第一光耦合器，用于将光载波分为两路，并分别送入第一光频梳产生器与第二光频梳产生器；
信号源，用于产生瞬时频率为f LO ＋f LFM 的扫频信号及频率为f LO 的本振信号；
第一光频梳产生器，用于根据光载波和扫频信号生成扫频光频梳；
第二光频梳产生器，用于根据光载波和本振信号生成频率间隔为f LO 的本振光频梳信号；
第一光选频器，用于从扫频光频梳中选出包含光载波f C 与高阶扫频边带f C ＋M(f LO ＋f LFM )的复合光信号；
第二光耦合器，用于将复合光信号分成两路，一路作为发射光信号送给发射单元，一路作为参考光信号送给相干接收模块；
第二光选频器，用于从本振光频梳中选出一个高阶边带得到本振载波光信号f C ＋Mf LO ；
发射单元，用于将复合光信号转换成宽带太赫兹雷达发射信号并辐射到目标环境中；
接收单元；用于接收太赫兹目标回波信号，并通过以本振信号为基频的谐波混频器将太赫兹目标回波信号下变频为基带目标回波信号；
低噪声放大器，用于对基带目标回波信号进行放大；
电光调制器，用于将低噪声放大器放大后的基带目标回波信号调制到输入电光调制器的本振载波光信号上，得到接收光信号，并送入相干接收模块的另一个接收端；
相干接收模块，用于将参考光信号与接收光信号在光域实现相干融合检测，得到携带目标信息的两路正交中频信号；
采集处理模块，用于两路正交中频信号进行模数转换，并进行雷达数字信号处理，提取出目标信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述发射单元包括：
集成天线单向载流子探测器，用于将复合光信号转换成太赫兹雷达发射信号并辐射到空间中；
太赫兹发射透镜，用于将辐射到空间中的太赫兹雷达发射信号进行会聚，得到窄波束太赫兹雷达发射信号；
接收单元包括：
太赫兹接收透镜，用于将太赫兹雷达回波信号会聚到集成天线谐波混频器上；
集成天线谐波混频器，用于接收太赫兹透镜会聚的太赫兹雷达回波信号，并通过谐波混频器将太赫兹目标回波信号下变频为基带目标回波信号。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述谐波混频器为肖克利谐波混频器，所述第一光频梳产生器与第二光频梳产生器为单个相位调制器、或相位调制器级联强度调制器的组合装置；其中谐波混频器的基频与送入第二光频梳产生器的本振信号频率f LO 相等，且第二光频梳产生器与谐波混频器同步。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一光选频器、第二光选频器具体为光波束整形器、双激光器或光滤波器。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电光调制器为马赫曾德尔调制器、相位调制器或双平行调制器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115032611A (zh) * 2022-08-11 2022-09-09 之江实验室 一种基于光子技术的分布式太赫兹雷达探测系统及方法
CN115459859A (zh) * 2022-07-27 2022-12-09 电子科技大学 一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源
CN116466354A (zh) * 2023-06-20 2023-07-21 之江实验室 波段可重构微波光子雷达探测方法和系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010217365A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 光周波数コム発生装置および光周波数コム発生方法
CN102354897A (zh) * 2011-08-30 2012-02-15 中国科学院上海技术物理研究所 一种外部二次级联差频太赫兹光源发生装置及实现方法
CN108767637A (zh) * 2018-08-03 2018-11-06 光越科技(深圳)有限公司 基于色散波的THz高重复频率高功率飞秒光纤激光器
WO2020057112A1 (zh) * 2018-09-18 2020-03-26 雄安华讯方舟科技有限公司 太赫兹雷达的信号转换装置和太赫兹雷达
CN113253286A (zh) * 2021-07-07 2021-08-13 之江实验室 基于注入锁定倍频的相干微波光子雷达探测方法及系统
CN113820688A (zh) * 2021-11-25 2021-12-21 之江实验室 一种基于双光频梳的三维固态激光雷达探测方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010217365A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 光周波数コム発生装置および光周波数コム発生方法
CN102354897A (zh) * 2011-08-30 2012-02-15 中国科学院上海技术物理研究所 一种外部二次级联差频太赫兹光源发生装置及实现方法
CN108767637A (zh) * 2018-08-03 2018-11-06 光越科技(深圳)有限公司 基于色散波的THz高重复频率高功率飞秒光纤激光器
WO2020057112A1 (zh) * 2018-09-18 2020-03-26 雄安华讯方舟科技有限公司 太赫兹雷达的信号转换装置和太赫兹雷达
CN113253286A (zh) * 2021-07-07 2021-08-13 之江实验室 基于注入锁定倍频的相干微波光子雷达探测方法及系统
CN113820688A (zh) * 2021-11-25 2021-12-21 之江实验室 一种基于双光频梳的三维固态激光雷达探测方法及装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115459859A (zh) * 2022-07-27 2022-12-09 电子科技大学 一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源
CN115459859B (zh) * 2022-07-27 2024-03-15 电子科技大学 基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源
CN115032611A (zh) * 2022-08-11 2022-09-09 之江实验室 一种基于光子技术的分布式太赫兹雷达探测系统及方法
CN116466354A (zh) * 2023-06-20 2023-07-21 之江实验室 波段可重构微波光子雷达探测方法和系统
CN116466354B (zh) * 2023-06-20 2023-09-12 之江实验室 波段可重构微波光子雷达探测方法和系统

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