CN116938332A - 光频梳输出状态监控装置及其空间电磁辐射抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光频梳输出状态监控装置及其空间电磁辐射抑制方法，监控装置包括可调光衰减器、光电转换器、电流/电压转换单元、滤波器、功率放大器和状态检测单元；可调光衰减器用于根据选择的衰减量对光频梳输出的光频梳信号进行功率衰减；状态检测单元用于对光频梳的输出状态进行检测，并以模拟信号和/或数字信号的形式输出检测结果。本发明中，通过调节可调光衰减器的衰减量能够将光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制在要求的范围内,同时通过调整电流/电压转换单元的转换比例或者功率放大器的放大倍数满足状态检测单元对输入号幅度的需求，既能够对光频梳的各种输出状态进行监控，同时又能满足空间电磁辐射要求。

Description

光频梳输出状态监控装置及其空间电磁辐射抑制方法

技术领域

本发明属于微波光子技术领域，涉及一种光频梳输出状态监控装置及其空间电磁辐射抑制方法。

背景技术

光频梳在频谱上是由一系列等间隔的频率梳齿构成，成为近十年光学领域最热门的研究方向之一。从光学频率梳的概念提出至今，根据其产生原理的不同，产生方法大致可以分为以下四类：锁模激光器法、循环频移器法、光纤非线性效应法和外调制器法。由于光频梳具有大带宽、高稳定、频谱丰富等优势，在卫星导航、航空航天、深空探测、侦察预警等领域有着重要的应用价值。高性能光频梳系统组成复杂、制备难度大、环境敏感，性能状态随温度、应力、振动等因素变化而变化，因此需要对光频梳工作运行状态进行监控。

随着电子信息系统的发展，各种科学设施和装备的组成及其复杂。为保证设备在正常运行过程中对所在空间产生的电磁辐射不干扰其它设备，各分系统和组件模块需满足一定的空间电磁辐射要求；同时，光频梳由于频谱分量丰富，极易干扰周围电子设备。因此，有必要对光频梳输出状态监控装置的电磁辐射进行抑制。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够抑制空间电磁辐射的光频梳输出状态监控装置及其空间电磁辐射抑制方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光频梳输出状态监控装置，包括

可调光衰减器，用于根据选择的衰减量对光频梳输出的光频梳信号进行功率衰减；

光电转换器，用于将可调光衰减器输出的光频梳信号转换为电学梳状谱；

电流/电压转换单元，用于将光电转换器输出的电学梳状谱从电流信号转换为电压信号；

滤波器，用于从电学梳状谱电压信号中提取所需频段的信号；

功率放大器，用于对滤波器输出的信号进行功率放大；以及

状态检测单元，用于对功率放大器的输出信号进行检测，得出光频梳的输出状态的检测结果并以模拟信号和/或数字信号的形式输出。

进一步的，所述光频梳的输出状态包括光功率、电学频率、电学相位、电学相位噪声和电学强度噪声中的一种或多种的组合。

进一步的，所述滤波器包括低通滤波电路和带通滤波电路，当需要检测的光频梳的输出状态为光功率时，所述滤波器采用低通滤波电路对输入信号进行滤波；当检测监控的光频梳的输出状态为电学频率、电学相位、电学相位噪声或电学强度噪声时，所述滤波器采用带通滤波电路对输入信号进行滤波。

进一步的，所述功率放大器包括直流放大器电路和射频放大器电路，当需要检测的光频梳的输出状态为光功率时，所述功率放大器采用直流放大器电路对输入信号进行放大；当需要检测的光频梳的输出状态为电学频率、电学相位、电学相位噪声或电学强度噪声时，所述功率放大器采用射频放大器电路对输入信号进行放大。

进一步的，当以模拟信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元包括

阻抗匹配电路，用于实现状态检测单元输出端的阻抗匹配；

频率测量电路，用于对输入信号的频率进行测量；

移相电路，用于改变输入信号的相位；

混频电路，用于将输入信号与预定频率的信号进行混频以提取相位或强度信息。

进一步的，当以模拟信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述功率放大器的输出信号经过阻抗匹配电路进行处理后，以模拟信号的形式输出光功率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号经过频率测量电路进行处理后，以模拟信号的形式输出电学频率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过移相电路和混频电路进行处理后，以模拟信号的形式输出电学相位、电学相位噪声和/或电学强度噪声的检测结果。

进一步的，当以数字信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元包括

A/D采样电路，用于通过A/D采样将模拟信号转换为数字信号；

频率测量电路，用于对输入信号的频率进行测量；

移相电路，用于改变输入信号的相位；

混频电路，用于将输入信号与预定频率的信号进行混频以提取相位或强度信息；

傅里叶变换电路，用于实现信号的傅里叶变换；以及

协议转换电路，用于使输出信号满足传输的协议要求。

进一步的，当以数字信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述功率放大器的输出信号依次经过A/D采样电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出光功率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过频率测量电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学频率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过混频电路、A/D采样电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学相位的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过移相电路、混频电路、A/D采样电路、傅里叶变换电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学相位噪声、电学强度噪声的检测结果。

一种光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制方法，包括：

S1、选定可调光衰减器的衰减量a，使得光电转换器工作在1dB压缩点；

S2、获取距离光频梳输出状态监控装置预定距离处的空间电磁辐射值L；

S3、将空间电磁辐射值L与预设的空间电磁辐射门限值c进行比较，若L＞c，则执行S4步骤；若L≤c，则执行S5步骤；

S4、增加可调光衰减器的衰减量a，返回执行S2步骤；

S5、固定可调光衰减器的衰减量a；

S7、调整电流/电压转换单元的转换比例或者功率放大器的放大倍数，满足状态检测单元对输入信号幅度的要求。

进一步的，当监控的光频梳的输出状态包括电学相位或电学相位噪声时，在执行S7步骤之前，还执行以下步骤：

S6、继续增加可调光衰减器的衰减量，使得光电转换器工作在临近幅度噪声-相位噪声转换的极小点。

本发明中，基于光电平衡的原理，通过调节可调光衰减器的衰减量能够将光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制在要求的范围内,通过调整电流/电压转换单元的转换比例或者功率放大器的放大倍数可以满足状态检测单元对输入信号幅度的要求，以确保状态检测单元的检测结果的准确性；从而既能够对光频梳的各种输出状态进行监控，同时又能满足空间电磁辐射要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明光频梳输出状态监控装置一实施方式的结构框图。

图2为本发明光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制方法一实施方式的流程图。

附图中各标号的含义为：

光频梳-1；可调光衰减器-2；光电转换器-3；电流/电压转换单元-4；滤波器-5；功率放大器-6；状态检测单元-7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，图1为本发明光频梳输出状态监控装置一实施方式的结构框图。本实施方式的光频梳输出状态监控装置包括可调光衰减器2、光电转换器3、电流/电压转换单元4、滤波器5、功率放大器6和状态检测单元7。所述可调光衰减器2的输入端用于连接光频梳1，接入光频梳1输出的光频梳信号，所述可调光衰减器2的输出端与光电转换器3的光输入端连接。所述光电转换器3的电输出端与电流/电压转换单元4接，所述电流/电压转换单元4与滤波器5连接，所述滤波器5与功率放大器6连接，所述功率放大器6与状态检测单元7连接。

所述可调光衰减器2用于根据选择的衰减量对光频梳1输出的光频梳信号进行功率衰减。通过设置可调光衰减器2，可以通过调节可调光衰减器2的衰减量，将光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制在要求的范围内。

所述光电转换器3用于将经可调光衰减器2调控后输出的光频梳信号转换为电学梳状谱。所述电流/电压转换单元4用于将光电转换器3输出的电学梳状谱从电流信号转换为电压信号，以便于对光频梳1的输出状态进行检测。

所述滤波器5用于对电学梳状谱电压信号进行滤波，根据需要检测的光频梳输出状态从电学梳状谱电压信号中提取特定成分(即所需频段)的信号。所述光频梳1的输出状态可以包括光功率、电学频率、电学相位、电学相位噪声和电学强度噪声的其中一种或者其中多种的组合。所述滤波器5包括低通滤波电路和带通滤波电路，当需要检测的光频梳1的输出状态为光功率时，所述滤波器5采用低通滤波电路对电学梳状谱电压信号进行滤波。当需要检测的光频梳1的输出状态为电学频率、电学相位、电学相位噪声或电学强度噪声时，所述滤波器5采用带通滤波电路对电学梳状谱电压信号进行滤波。

所述功率放大器6用于对滤波器5输出的特定成分信号进行功率放大。所述功率放大器6包括直流放大器电路和射频放大器电路，当需要检测的光频梳1的输出状态为光功率时，所述功率放大器6采用直流放大器电路对滤波器5输出的信号进行放大。当需要检测的光频梳1的输出状态为电学频率、电学相位、电学相位噪声或电学强度噪声时，所述功率放大器6采用射频放大器电路对滤波器5输出的信号进行放大。

所述状态检测单元7用于对功率放大器6的输出信号进行检测，得出光频梳1的输出状态的检测结果并以模拟信号和/或数字信号的形式输出，以便于对光频梳1的输出状态进行监控。所述状态检测单元7可以包括阻抗匹配电路、频率测量电路、移相电路、混频电路、傅里叶变换电路和协议转换电路，从而可以根据用户需求以模拟信号或数字信号的形式输出检测结果，以便于用户对光频梳1的输出状态进行监控。

其中，所述阻抗匹配电路用于实现状态检测单元7输出端的阻抗匹配。所述频率测量电路用于对输入信号的频率进行测量。所述频率测量电路可以采用有源频率测量电路或电子计数电路。所述移相电路用于改变输入信号的相位。所述混频电路用于将输入信号与预定频率的信号进行混频以提取相位或强度信息；其中，预定频率的信号可以由光频梳输出状态监控装置内部产生，也可以从外部输入。所述A/D采样电路用于通过A/D采样将模拟信号转换为数字信号。所述傅里叶变换电路用于实现信号的傅里叶变换。所述协议转换电路用于使输出信号满足传输的协议要求。

当然，如果只需要以模拟信号的形式或数字信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元7也可以只包括上述的部分电路。

例如，当只需要以模拟信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元7可以只包括阻抗匹配电路、频率测量电路、移相电路和混频电路。此时，可以对光频梳1的光功率、电学频率、电学相位、电学相位噪声和电学强度噪声的其中一种或者其中多种的组合进行监控。其监控过程如下：

所述功率放大器6的输出信号经过阻抗匹配电路进行处理后，以模拟信号的形式输出光功率的检测结果。所述功率放大器6的输出信号经过频率测量电路进行处理后，以模拟信号的形式输出电学频率的检测结果。所述功率放大器6的输出信号依次经过移相电路和混频电路进行处理后，以模拟信号的形式输出电学相位、电学相位噪声和电学强度噪声的检测结果。

当只需要以数字信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元7可以只包括A/D采样电路、频率测量电路、移相电路、混频电路、傅里叶变换电路和协议转换电路。此时，可以对光频梳1的光功率、电学频率、电学相位、电学相位噪声和电学强度噪声的其中一种或者其中多种的组合进行监控。其监控过程如下：

所述功率放大器6的输出信号依次经过A/D采样电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出光功率的检测结果。所述功率放大器6的输出信号依次经过频率测量电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学频率的检测结果。所述功率放大器6的输出信号依次经过混频电路、A/D采样电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学相位的检测结果。所述功率放大器6的输出信号依次经过移相电路、混频电路、A/D采样电路、傅里叶变换电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学相位噪声和电学强度噪声的检测结果。

本实施例中，通过对光频梳输出状态监控装置结构的设计，能够通过调节可调光衰减器2的衰减量来减少光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射，从而将光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制在要求的范围内。通过设置调整电流/电压转换单元4和功率放大器6，可以在可调光衰减器2的衰减量较大时，通过调整电流/电压转换单元4的转换比例或者功率放大器6的放大倍数，仍然满足状态检测单元7对输入信号幅度的要求。本实施例中光频梳输出状态监控装置采用的均为现有的成熟结构，且实现了对光频梳的输出功率、频率、相位等各种输出状态的监控，同时能够满足空间电磁辐射要求。

请参阅图2，图2为本发明的空间电磁辐射抑制方法一实施方式的流程图。本实施方式的光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制方法用于对上述任一实施例的光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射进行抑制，所述抑制方法包括：

S1、选定可调光衰减器2的衰减量a，使得光电转换器3工作在1dB压缩点。假定此时可调光衰减器2的衰减量a＝a₀。

S2、获取距离光频梳输出状态监控装置预定距离处的空间电磁辐射值L。例如，可以在光频梳输出状态监控装置附近，距离光频梳输出状态监控装置预定距离的位置处安装空间电磁辐射测量装置，从而通过空间电磁辐射测量装置即可对光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射值L进行监控。以L₀表示衰减量为a₀时测量的空间电磁辐射值L。以L_i表示对衰减量进行第i次调节后测量的空间电磁辐射值L。

S3、将空间电磁辐射值L与预设的空间电磁辐射门限值c进行比较，若L＞c，则说明光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射过大，需要降低光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射，执行S4步骤。若L≤c，则说明光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射较低，已经满足要求，执行S5步骤。例如，第一次执行S3步骤时，将L₀与c进行比较；当对可调光衰减器2进行i次调节后，执行S3步骤时，将L_i与c进行比较。

S4、增加可调光衰减器2的衰减量a，并返回执行S2步骤继续对光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射进行检测。以a_i表示对可调光衰减器2进行第i次调节后的衰减量，即a_i＞a_i-1(i≥1，且i为整数)。

S5、固定可调光衰减器2的衰减量a，不再根据空间电磁辐射值L对可调光衰减器2的衰减量a进行调节。例如，当第一次执行S3步骤即满足L₀≤c时，则将可调光衰减器2的衰减量固定为a₀；当对可调光衰减器2的衰减量a进行i次调节后(即衰减量a＝a_i)，满足L_i≤c时，则将可调光衰减器2的衰减量固定为a_i。

S7、调整电流/电压转换单元4的转换比例或者功率放大器6的放大倍数，使得功率放大器6的输出信号幅度满足状态检测单元7对输入信号幅度的要求。从而在使光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射满足相关要求的情况下，确保不会影响光频梳输出状态监控装置的正常工作要求。

由于在测量相位相关状态时，一般需要使光电转换器3工作在临近幅度噪声-相位噪声转换的最小点；因此，当需要监控的光频梳1的输出状态包括电学相位或电学相位噪声时，在执行S7步骤之前，还可以执行以下步骤：

S6、继续增加可调光衰减器2的衰减量a，使得光电转换器3工作在临近幅度噪声-相位噪声转换的极小点。由于光电转换器3的幅度噪声-相位噪声转换的最小点有多个，并非所有的最小点都能满足L≤c的要求。因此，必须在可调光衰减器2的衰减量a满足L≤c的要求的前提下，再继续增加可调光衰减器2的衰减量a，从而在可调光衰减器2的衰减量a更大(即光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射更小)的情况下，找到一个光电转换器3的幅度噪声-相位噪声转换的最小点。

本实施例中，通过调节可调光衰减器2的衰减量来减少光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射，能够将光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制在要求的范围内。通过调整电流/电压转换单元4的转换比例或者功率放大器6的放大倍数，可以在可调光衰减器2的衰减量较大时，仍然使得状态检测单元7的输入信号幅度满足其对检测信号的幅度要求。本实施例的方法基于光电平衡的原理，通过调整可调光衰减器2和放大器的工作状态参数来实现对光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制，既能够对光频梳的各种输出状态进行监控，同时又能满足空间电磁辐射要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种光频梳输出状态监控装置，其特征在于：包括

可调光衰减器，用于根据选择的衰减量对光频梳输出的光频梳信号进行功率衰减；

光电转换器，用于将可调光衰减器输出的光频梳信号转换为电学梳状谱；

电流/电压转换单元，用于将光电转换器输出的电学梳状谱从电流信号转换为电压信号；

滤波器，用于从电学梳状谱电压信号中提取所需频段的信号；

功率放大器，用于对滤波器输出的信号进行功率放大；以及

状态检测单元，用于对功率放大器的输出信号进行检测，得出光频梳的输出状态的检测结果并以模拟信号和/或数字信号的形式输出。

2.根据权利要求1所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：所述光频梳的输出状态包括光功率、电学频率、电学相位、电学相位噪声和电学强度噪声中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求2所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：所述滤波器包括低通滤波电路和带通滤波电路，当需要检测的光频梳的输出状态为光功率时，所述滤波器采用低通滤波电路对输入信号进行滤波；当检测监控的光频梳的输出状态为电学频率、电学相位、电学相位噪声或电学强度噪声时，所述滤波器采用带通滤波电路对输入信号进行滤波。

4.根据权利要求3所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：所述功率放大器包括直流放大器电路和射频放大器电路，当需要检测的光频梳的输出状态为光功率时，所述功率放大器采用直流放大器电路对输入信号进行放大；当需要检测的光频梳的输出状态为电学频率、电学相位、电学相位噪声或电学强度噪声时，所述功率放大器采用射频放大器电路对输入信号进行放大。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：当以模拟信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元包括

阻抗匹配电路，用于实现状态检测单元输出端的阻抗匹配；

频率测量电路，用于对输入信号的频率进行测量；

移相电路，用于改变输入信号的相位；

混频电路，用于将输入信号与预定频率的信号进行混频以提取相位或强度信息。

6.根据权利要求5所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：当以模拟信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述功率放大器的输出信号经过阻抗匹配电路进行处理后，以模拟信号的形式输出光功率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号经过频率测量电路进行处理后，以模拟信号的形式输出电学频率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过移相电路和混频电路进行处理后，以模拟信号的形式输出电学相位、电学相位噪声和/或电学强度噪声的检测结果。

7.根据权利要求1至4任一项所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：当以数字信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述状态检测单元包括

A/D采样电路，用于通过A/D采样将模拟信号转换为数字信号；

频率测量电路，用于对输入信号的频率进行测量；

移相电路，用于改变输入信号的相位；

混频电路，用于将输入信号与预定频率的信号进行混频以提取相位或强度信息；

傅里叶变换电路，用于实现信号的傅里叶变换；以及

协议转换电路，用于使输出信号满足传输的协议要求。

8.根据权利要求7所述的光频梳输出状态监控装置，其特征在于：当以数字信号的形式输出光频梳输出状态的检测结果时，所述功率放大器的输出信号依次经过A/D采样电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出光功率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过频率测量电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学频率的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过混频电路、A/D采样电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学相位的检测结果；

所述功率放大器的输出信号依次经过移相电路、混频电路、A/D采样电路、傅里叶变换电路和协议转换电路进行处理后，以数字信号的形式输出电学相位噪声、电学强度噪声的检测结果。

9.一种光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的光频梳输出状态监控装置；所述抑制方法包括：

S1、选定可调光衰减器的衰减量a，使得光电转换器工作在1dB压缩点；

S2、获取距离光频梳输出状态监控装置预定距离处的空间电磁辐射值L；

S3、将空间电磁辐射值L与预设的空间电磁辐射门限值c进行比较，若L＞c，则执行S4步骤；若L≤c，则执行S5步骤；

S4、增加可调光衰减器的衰减量a，返回执行S2步骤；

S5、固定可调光衰减器的衰减量a；

S7、调整电流/电压转换单元的转换比例或者功率放大器的放大倍数，满足状态检测单元对输入信号幅度的要求。

10.根据权利要求9所述的光频梳输出状态监控装置的空间电磁辐射抑制方法，其特征在于：当监控的光频梳的输出状态包括电学相位或电学相位噪声时，在执行S7步骤之前，还执行以下步骤：

S6、继续增加可调光衰减器的衰减量，使得光电转换器工作在临近幅度噪声-相位噪声转换的极小点。