CN117914410A - 一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，包括：片上光梳产生单元，用于产生光梳信号OC；光信号处理单元，其输入端与片上光梳产生单元的输出端连接，用于将光梳信号进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号；以及信号拍频单元，其输入端与光信号处理单元的输出端连接，用于将调制后的第一光信号和调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。本公开还提供了一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生方法。
Description
技术领域
本公开涉及无线通信及感知成像技术领域，具体涉及到一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置及其方法。
背景技术
随着无线通信和感知技术的发展，对于高载频(如W波段和THz频段)、高传输速率以及波段灵活调控性能信号产生和处理的需求日益增长。然而，由于目前通信信道资源阻塞严重，而传统的通信和感知一体系统通常只支持一到两个频段，并且频率较低(＜40GHz)，无法满足跨波段调谐以及超大传输速率的需求，导致应用场景受限。
传统电子学依靠复杂的频率转换电路来产生高频信号，这种方法存在带宽窄、倍频链路复杂、信号失真和高功耗等问题，并且信号可调谐性较差。微波光子技术具有大带宽、抗电磁干扰能力强、传输损耗低、易于软件定义等诸多优势。因此，利用微波光子技术产生宽带可调谐微波信号成为如今的研究热点之一。现有的微波光子产生可调谐微波信号的方法在波段覆盖能力、信号质量、系统体积重量功耗上存在限制，无法同时满足未来的应用需求。
为了满足未来通信与感知一体化系统对于高频段超大带宽的应用需求，需要一种新型的可调谐微波信号产生装置，这种装置应该能够实现跨波段的调谐，具有更大的带宽和更高的频率范围(如DC-300GHz)，以满足高精度定位、高速数据传输等应用的需求。
发明内容
为克服现有微波信号产生装置中存在的上述不足，本公开提供了一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置及其方法。
本公开的第一个方面提供了一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，包括：片上光梳产生单元，用于产生光梳信号OC；光信号处理单元，其输入端与片上光梳产生单元的输出端连接，用于将光梳信号进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号；以及信号拍频单元，其输入端与光信号处理单元的输出端连接，用于将调制后的第一光信号和调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。
进一步地，光信号处理单元包括：多通道可调滤波器，其输入端与片上光梳产生单元的输出端连接，用于对光梳信号OC进行信号选择，输出第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2；偏振控制子单元，其输入端与多通道可调滤波器的输出端连接，用于调整第一单频光信号OC1的偏振状态和第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2；信号放大子单元，其输入端与偏振控制单元的输出端连接，用于调整调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，以及对传输方向改变后的光信号进行放大处理，得到第一放大光信号OC11和第二放大光信号OC21；电信号产生子单元，用于产生电信号E11、电信号E12、电信号E21和电信号E22；第一调制器，其输入端与电信号产生子单元的输出端连接，用于根据电信号E11和电信号E12，对第一放大光信号OC11进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号OC12；以及第二调制器，其输入端与电信号产生子单元的输出端连接，用于根据电信号E21和电信号E22，对第二放大光信号OC21进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第二光信号OC22。
进一步地，信号拍频单元包括：光耦合器，其输入端与光信号处理单元的输出端连接，用于对调制后的第一光信号和调制后的第二光信号进行耦合处理，得到耦合后的光信号；光电探测器，其输入端与光耦合器的输出端连接，用于对耦合后的光信号进行光电转换，得到电信号E；以及频谱仪，其输入端与光电探测器的输出端连接，用于测量电信号E的频率，得到微波信号。
进一步地，片上光梳产生单元包括：片上分布式反馈激光器，用于产生泵浦光；以及片上氮化硅高Q值微环，其输入端与片上分布式反馈激光器的输出端连接，用于根据泵浦光，通过自注入锁定方式压窄泵浦激光器的线宽同时利用克尔非线性效应产生光梳信号OC。
进一步地，偏振控制子单元包括：第一偏振控制器，其输入端与多通道可调滤波器的第一输出端连接，用于调整第一单频光信号OC1的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1；以及第二偏振控制器，其输入端与多通道可调滤波器的第二输出端连接，用于调整第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第二单频光信号OC2。
进一步地，信号放大子单元包括：第一环形器，其输入端与第一偏振控制器的输出端连接，用于调整调整后的第一单频光信号OC1的传输方向，得到传输方向改变后的第一单频光信号OC1；第二环形器，其输入端与第二偏振控制器的输出端连接，用于调整调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，得到传输方向改变后的第二单频光信号OC2；第一分布式反馈激光器，其输入端与第一环形器的第一输出端连接，用于对传输方向改变后的第一单频光信号OC1进行放大处理，得到第一放大光信号OC11；以及第二分布式反馈激光器，其输入端与第二环形器的第一输出端连接，用于对传输方向改变后的第二单频光信号OC2进行放大处理，得到第二放大光信号OC21。
进一步地，电信号产生子单元包括：第一波形发生器，用于产生第一电信号E1；第二波形发生器，用于产生第二电信号E2；第一电桥，其输入端与第一波形发生器的输出端连接，用于根据预置分束相位差，将第一电信号E1进行分束处理，得到电信号E11和电信号E12；第二电桥，其输入端与第二波形发生器的输出端连接，用于根据预置分束相位差，将第二电信号E2进行分束处理，得到电信号E21和电信号E22。
进一步地，电信号E11和电信号E12的相位差为90°，电信号E21和电信号E22的相位差为90°。
本公开的第二个方面提供了一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生方法，该方法应用于本公开第一个方面提供的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，包括：S1，采用片上光梳产生单元产生光梳信号OC；S2，采用光信号处理单元对光梳信号进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号；以及S3，采用信号拍频单元对调制后的第一光信号和调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。
进一步地，S2包括：S21，对光梳信号OC进行信号选择，输出第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2；S22，调整第一单频光信号OC1的偏振状态和第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2；S23，调整调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，以及对传输方向改变后的光信号进行放大处理，得到第一放大光信号OC11和第二放大光信号OC21；S24，利用电信号产生子单元产生电信号E11、电信号E12、电信号E21和电信号E22；S25，根据电信号E11和电信号E12，对第一放大光信号OC11进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号OC12；以及S26，根据电信号E21和电信号E22，对第二放大光信号OC21进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第二光信号OC22。
本公开与现有技术相比至少具备以下有益效果：
(1)、本公开提供的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，该装置可实现全部片上集成。片上光梳产生单元利用自注入锁定压窄线宽的原理，使用片上分布式反馈激光器以及片上高Q值氮化硅微环可获得高品质、窄线宽的微腔光梳光源，具备集成度高、成本低、体积小、功耗小等优势。同时光信号处理单元和光信号拍频单元的元器件均可在片上实现。该装置链路结构简单、易于操作，降低了硬件复杂程度，同时易于小型化和集成。
(2)、该装置具有多波段可调谐能力强的优势，利用光梳的多频率梳齿及相干特性，实现低频调制信号在整个微波波段内的频谱搬移，克服了传统电子变频系统在高频以及交调的限制。同时，该装置通过两路拍频光信号的独立移频，可以克服传统光梳只能产生固定频率间隔微波信号的限制，增加产生信号频率调谐的自由度，以及实现了多种信号的调谐，包括但不限于单频信号、Chirp信号、通信QAM信号等。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
图1示意性示出了根据本公开一实施例的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置的结构示意图；
图2A示意性示出了根据本公开一实施例的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置的单频调谐结果示意图；
图2B示意性示出了根据本公开一实施例的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置的宽带调谐结果示意图；以及
图3示意性示出了根据本公开一实施例的基于片上光梳的可调谐微波信号产生方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
图1示意性示出了根据本公开一实施例的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置的结构示意图。
如图1所示，该基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置包括：片上光梳产生单元10、光信号处理单元20和信号拍频单元30。
片上光梳产生单元10，用于产生光梳信号OC。
光信号处理单元20，其输入端与片上光梳产生单元的输出端连接，用于将光梳信号进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号。
信号拍频单元30，其输入端与光信号处理单元的输出端连接，用于将调制后的第一光信号和调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。
在本公开实施例中，如图1所示，片上光梳产生单元10包括片上分布式反馈激光器110和片上氮化硅高Q值微环。
片上分布式反馈激光器110，用于产生泵浦光。
片上氮化硅高Q值微环120，其输入端与片上分布式反馈激光器的输出端连接，用于根据泵浦光，通过自注入锁定方式压窄激光器的噪声同时利用克尔非线性产生光梳信号OC。
例如，片上氮化硅高Q值微环120的制备材料可以为铌酸锂、砷化镓铝、氮化铝等。
在本公开实施例中，光信号处理单元20包括多通道可调滤波器210、偏振控制子单元220、信号放大子单元230、电信号产生子单元240、第一调制器250和第二调制器260。
多通道可调滤波器210，其输入端与片上光梳产生单元10的输出端连接，用于对光梳信号OC进行信号选择，输出第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2。
偏振控制子单元220，其输入端与多通道可调滤波器210的输出端连接，用于调整第一单频光信号OC1的偏振状态和第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2。
信号放大子单元230，其输入端与偏振控制单元220的输出端连接，用于调整调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，以及对传输方向改变后的光信号进行放大处理，得到第一放大光信号OC11和第二放大光信号OC21。
电信号产生子单元240，用于产生电信号E11、电信号E12、电信号E21和电信号E22。
第一调制器250，其输入端与电信号产生子单元240的输出端连接，用于根据电信号E11和电信号E12，对第一放大光信号OC11进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号OC12。
第二调制器260，其输入端与电信号产生子单元250的输出端连接，用于根据电信号E21和电信号E22，对第二放大光信号OC21进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第二光信号OC22。
在本公开实施例中，多通道可调滤波器210将光梳信号OC滤波，产生不同频率的第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2。
在本公开实施例中，偏振控制子单元220可以包括第一偏振控制器和第二偏振控制器。第一偏振控制器，其输入端与多通道可调滤波器210的第一输出端连接，用于调整第一单频光信号OC1的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1。第二偏振控制器，其输入端与多通道可调滤波器210的第二输出端连接，用于调整第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第二单频光信号OC2。
在本公开实施例中，信号放大子单元230可以包括第一环形器、第二环形器、第一分布式反馈激光器和第二分布式反馈激光器。
例如，第一环形器的输入端与第一偏振控制器的输出端连接，用于调整调整后的第一单频光信号OC1的传输方向，得到传输方向改变后的第一单频光信号OC1。
例如，第二环形器，其输入端与第二偏振控制器的输出端连接，用于调整调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，得到传输方向改变后的第二单频光信号OC2。
例如，第一分布式反馈激光器，其输入端与第一环形器的第一输出端连接，用于对传输方向改变后的第一单频光信号OC1进行放大处理，得到第一放大光信号OC11。
例如，第二分布式反馈激光器，其输入端与第二环形器的第一输出端连接，用于对传输方向改变后的第二单频光信号OC2进行放大处理，得到第二放大光信号OC21。
例如，第一分布式反馈激光器和第二分布式反馈激光器均可以为片上无隔离器的分布式反馈激光器，用于注入锁定放大光功率。
在其他一些实施例中，光信号的功率放大还可以选择直接用掺铒光纤放大器等。
在本公开实施例中，电信号产生子单元240可以包括第一波形发生器、第二波形发生器、第一电桥和第二电桥。
第一波形发生器，用于产生第一电信号E1。第一电信号E1用于第一调制器250的射频输入信号。
第二波形发生器，用于产生第二电信号E2。第二电信号E2用于第二调制器260的射频输入信号。
第一电桥，其输入端与第一波形发生器的输出端连接，用于根据预置分束相位差，将第一电信号E1进行分束处理，得到电信号E11和电信号E12。
第二电桥，其输入端与第二波形发生器的输出端连接，用于根据预置分束相位差，将第二电信号E2进行分束处理，得到电信号E21和电信号E22。
例如，第一波形发生器和第二波形发生器为任意波形发生器，本公开的实施例对此不做限定。
例如，预置分束相位差可以为90°。
例如，第一电桥和第二电桥均可以为90°电桥。
例如，第一电桥用于将第一电信号E1分成两束相位差为90°的电信号E11和电信号E12。第二电桥用于将第二电信号E2分成两束相位差为90°的电信号E21和电信号E22。
在本公开实施例中，第一调制器250和第二调制器260均为IQ调制器，用于对光信号进行载波抑制的单边带调制。
在本公开实施例中，信号拍频单元30包括光耦合器310、光电探测器320和频谱仪330。
光耦合器310，其输入端与光信号处理单元20的输出端连接，用于对调制后的第一光信号OC12和调制后的第二光信号OC22进行耦合处理，得到耦合后的光信号。
光电探测器320，其输入端与光耦合器310的输出端连接，用于对耦合后的光信号进行光电转换，得到电信号E。
频谱仪330，其输入端与光电探测器320的输出端连接，用于测量电信号E的频率，得到微波信号。
本公开提供的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，该装置可以产生通信信号也可以产生雷达信号，并且信号的波段可任意调谐，其可以用于未来6G通感一体领域中。
下面对本公开提供的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置的工作原理进行详细介绍。需说明书的是，以下内容以一路光信号(如第一单频光信号OC1)为例进行说明，另一路光信号(如第二单频光信号OC2)与示例的第一单频光信号OC1处理过程相同，本公开的实施例对另一路信号的处理过程不做详细介绍。以及，以下内容仅为示例性的说明，其并不构成本公开实施例的限定。
在片上光梳产生单元10中，片上氮化硅高Q值微环产生光梳信号OC。每根梳齿之间的频率间隔为frep，光梳信号OC输入到光信号处理单元20中的多通道可调滤波器210中，根据需要选择两个输出通道光信号的频率间隔。多通道可调滤波器210的输出通道1输出第一单频光信号OC1，其频率假设为fcm，输出通道2输出第二单频光信号OC2，其频率假设为fcn，下标m、n(m、n＝0，±1，±2，...，且m≠n)表示光梳所选梳齿的模式，即满足以下关系：
|fcn-fcm|＝|n-m|·frep。
第一单频光信号OC1经过第一偏振控制器改变其偏振状态，然后经第一环形器的一端口注入锁定片上无隔离器的分布式反馈激光器，经过激光器放大后得到第一放大光信号OC11，并经过第一环形器的另一端口输入至第一IQ调制器的光输入端。
第一波形发生器通道输出的第一电信号E1的频率为fe1，fe1可以是恒定值也可以是随时间变化的值。第一电信号E1经过90°电桥后，两路输出的电信号的相位差为90°，频率均为fe1的电信号E11和电信号E12，之后电信号E11和电信号E12分别输入第一IQ调制器的两路电输入端，对光信号OC11进行载波抑制的单边带调制，输入光信号Ecm(t)可表示为：
Ecm(t)＝Emexp[j(2πfcmt)]
其中，Em表示光信号的幅度。t表示时间变量。
输入电信号E11和电信号E12可表示为：
Ve11(t)＝Ve1cos(2πfe1t)
Ve12(t)＝Ve1sin(2πfe1t)
其中，Ve11(t)为输入电信号E11的数学表达。Ve12(t)为输入电信号E12的数学表达。Ve1表示输入电信号的E11和E12的幅值。
第一IQ调制器可以看作是两个子Mach-Zehnder调制器(子MZM)和一个主Mach-Zehnder调制器(主MZM)。两个子MZM都被直流偏置在零点以抑制光载波和偶数阶边带。IQ调制器输出端的光信号Eiql可以表示为：
其中，Vπ表示第一IQ调制器的半波电压。表示主MZM中两条路径之间的相位差。在小信号调制下，使用Jacobi-Anger展开，可以将Eiq1(t)表示为：
其中，是调制指数。当主MZM工作在正的正交偏置点时，/>Eiq1(t)可表示为：
其中，E1＝2J1(β)Em表示调制器输出光信号的幅度。当主MZM工作在负的正交偏置点时，Eiq1(t)可表示为：
因此，第一光信号OC1经过第一IQ调制器进行载波抑制的单边带调制后，输出调制后的第一光信号OC12的频率可以是fcm+fe1的+1阶边带，也可以是fcm-fe1的-1阶边带，即：
fOC12＝fcm±fe1。
之后，调制后的第一光信号OC12输入至信号拍频单元。
同理，第二波形发生器通道输出的第二电信号E2的频率为fe2，fe2可以是恒定值也可以是随时间变化的值。第二电信号E2经过90°电桥后，两路输出的电信号的相位差为90°，频率均为fe2的电信号E21和电信号E22，之后电信号E21和电信号E22分别输入第二IQ调制器的两路电输入端，对光信号进行载波抑制的单边带调制。光信号OC21经过第二IQ调制器进行载波抑制的单边带调制后，输出调制后的第二光信号OC22的频率可以是fcn+fe2的+1阶边带，也可以是fcn-fe2的-1阶边带，即：
fOC22＝fcn±fe2。
之后，调制后的第二光信号OC22输入至信号拍频单元。
在信号拍频单元30中，调制后的第一光信号OC12和调制后的第二光信号OC22输入光耦合器进行合束处理，输出光信号OCC至光电探测器进行光电转换，得到拍频后的电信号E，其频率fE可以表示为：
因此，通过选择可调谐光滤波器两个通道输出的光梳梳齿的模式、任意波形发生器输出的电信号的频率以及第一IQ调制器和第二IQ调制器输出调制光信号的阶数(+1或-1)来改变光电探测器的电信号E的频率，实现输出可调谐的功能。由于利用微腔光梳可以产生的梳齿数往往可以达到20根以上，波长范围可以轻松覆盖整个微波频段，因此该装置可以实现调谐范围覆盖整个微波波段的信号产生。
图2A和图2B分别示意性示出了根据本公开一实施例的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置的单频调谐结果和宽带调谐结果示意图。
如图2A和图2B所示，通过选择不同的模式的梳齿以及所需调制波形的载频，实现了从L-W共计九个波段微波信号的产生，其中，图2A示意了产生九个波段的微波单频信号的频谱，图2B示意了产生九个波段的宽带信号(带宽2GHz)的频谱。从图中可以看出，本公开提供的装置可以基于非常低频的微波信号，实现横跨整个微波频段的信号的重构产生，克服了传统基于光梳的微波信号产生方法只能产生固定几个单频信号的限制，可实现整个微波波段的无缝覆盖，并且具有信号格式、带宽、时宽参数可软件定义的优势，满足未来6G多功能、以及通感一体的需求。
本公开的另一方面还提供了一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生方法，该方法应用于如图1所示的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置。如图3所示，该方法包括：步骤S1～S3。
S1，采用片上光梳产生单元产生光梳信号OC。
S2，采用光信号处理单元对光梳信号OC进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号。
S3，采用信号拍频单元对调制后的第一光信号和调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。
根据本公开的实施例，步骤S2包括步骤S21～S26。
S21，对光梳信号OC进行信号选择，输出第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2。
S22，调整第一单频光信号OC1的偏振状态和第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2。
S23，调整调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，以及对传输方向改变后的光信号进行放大处理，得到第一放大光信号OC11和第二放大光信号OC21。
S24，利用电信号产生子单元产生电信号E11、电信号E12、电信号E21和电信号E22。
S25，根据电信号E11和电信号E12，对第一放大光信号OC11进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号OC12。
S26，根据电信号E21和电信号E22，对第二放大光信号OC21进行载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第二光信号OC22。
在本公开实施例中，每一方法步骤一一对应于上述实施例装置中的各模块，此处对各模块具体参数及连接关系等不再赘述。
需说明的是，上述实施例中提供的装置结构并不构成对本装置的限定，该装置中的模块结构、电连接关系等可依据实际情况而进行修改，且器件的配置可能更为复杂或更为简易。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (10)
1.一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，包括：
片上光梳产生单元，用于产生光梳信号OC；
光信号处理单元，其输入端与所述片上光梳产生单元的输出端连接，用于将所述光梳信号进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号；以及
信号拍频单元，其输入端与所述光信号处理单元的输出端连接，用于将所述调制后的第一光信号和所述调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。
2.根据权利要求1所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述光信号处理单元包括：
多通道可调滤波器，其输入端与所述片上光梳产生单元的输出端连接，用于对所述光梳信号OC进行信号选择，输出第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2；
偏振控制子单元，其输入端与所述多通道可调滤波器的输出端连接，用于调整所述第一单频光信号OC1的偏振状态和所述第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2；
信号放大子单元，其输入端与所述偏振控制单元的输出端连接，用于调整所述调整后的第一单频光信号OC1和所述调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，以及对传输方向改变后的光信号进行放大处理，得到第一放大光信号OC11和第二放大光信号OC21；
电信号产生子单元，用于产生电信号E11、电信号E12、电信号E21和电信号E22；
第一调制器，其输入端与所述电信号产生子单元的输出端连接，用于根据所述电信号E11和所述电信号E12，对所述第一放大光信号OC11进行载波抑制的单边带调制处理，得到所述调制后的第一光信号OC12；以及
第二调制器，其输入端与所述电信号产生子单元的输出端连接，用于根据所述电信号E21和所述电信号E22，对所述第二放大光信号OC21进行载波抑制的单边带调制处理，得到所述调制后的第二光信号OC22。
3.根据权利要求1所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述片上光梳产生单元包括：
片上分布式反馈激光器，用于产生泵浦光；以及
片上氮化硅高Q值微环，其输入端与所述片上分布式反馈激光器的输出端连接，用于根据所述泵浦光，通过自注入锁定方式压窄泵浦激光器的线宽同时利用克尔非线性产生所述光梳信号OC。
4.根据权利要求1所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述信号拍频单元包括：
光耦合器，其输入端与所述光信号处理单元的输出端连接，用于对所述调制后的第一光信号和所述调制后的第二光信号进行耦合处理，得到耦合后的光信号；
光电探测器，其输入端与所述光耦合器的输出端连接，用于对所述耦合后的光信号进行光电转换，得到电信号E；以及
频谱仪，其输入端与所述光电探测器的输出端连接，用于测量所述电信号E的频率，得到所述微波信号。
5.根据权利要求2所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述偏振控制子单元包括：
第一偏振控制器，其输入端与所述多通道可调滤波器的第一输出端连接，用于调整所述第一单频光信号OC1的偏振状态，得到所述调整后的第一单频光信号OC1；以及
第二偏振控制器，其输入端与所述多通道可调滤波器的第二输出端连接，用于调整所述第二单频光信号OC2的偏振状态，得到所述调整后的第二单频光信号OC2。
6.根据权利要求5所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述信号放大子单元包括：
第一环形器，其输入端与所述第一偏振控制器的输出端连接，用于调整所述调整后的第一单频光信号OC1的传输方向，得到传输方向改变后的第一单频光信号OC1；
第二环形器，其输入端与所述第二偏振控制器的输出端连接，用于调整所述调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，得到传输方向改变后的第二单频光信号OC2；
第一分布式反馈激光器，其输入端与所述第一环形器的第一输出端连接，用于对所述传输方向改变后的第一单频光信号OC1进行放大处理，得到所述第一放大光信号OC11；以及
第二分布式反馈激光器，其输入端与所述第二环形器的第一输出端连接，用于对所述传输方向改变后的第二单频光信号OC2进行放大处理，得到所述第二放大光信号OC21。
7.根据权利要求2所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述电信号产生子单元包括：
第一波形发生器，用于产生第一电信号E1；
第二波形发生器，用于产生第二电信号E2；
第一电桥，其输入端与所述第一波形发生器的输出端连接，用于根据预置分束相位差，将所述第一电信号E1进行分束处理，得到电信号E11和电信号E12；
第二电桥，其输入端与所述第二波形发生器的输出端连接，用于根据预置分束相位差，将所述第二电信号E2进行分束处理，得到电信号E21和电信号E22。
8.根据权利要求7所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，其特征在于，所述电信号E11和所述电信号E12的相位差为90°，所述电信号E21和所述电信号E22的相位差为90°。
9.一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生方法，该方法应用于如权利要求1所述的基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置，包括：
S1，采用片上光梳产生单元产生光梳信号OC；
S2，采用光信号处理单元对所述光梳信号进行滤波、信号放大和载波抑制的单边带调制处理，得到调制后的第一光信号和调制后的第二光信号；以及
S3，采用信号拍频单元对所述调制后的第一光信号和所述调制后的第二光信号进行耦合和拍频处理，得到微波信号。
10.根据权利要求9所述的片上光梳的可调谐微波信号产生方法，其特征在于，所述S2包括：
S21，对所述光梳信号OC进行信号选择，输出第一单频光信号OC1和第二单频光信号OC2；
S22，调整所述第一单频光信号OC1的偏振状态和所述第二单频光信号OC2的偏振状态，得到调整后的第一单频光信号OC1和调整后的第二单频光信号OC2；
S23，调整所述调整后的第一单频光信号OC1和所述调整后的第二单频光信号OC2的传输方向，以及对传输方向改变后的光信号进行放大处理，得到第一放大光信号OC11和第二放大光信号OC21；
S24，利用电信号产生子单元产生电信号E11、电信号E12、电信号E21和电信号E22；
S25，根据所述电信号E11和所述电信号E12，对所述第一放大光信号OC11进行载波抑制的单边带调制处理，得到所述调制后的第一光信号OC12；以及
S26，根据所述电信号E21和所述电信号E22，对所述第二放大光信号OC21进行载波抑制的单边带调制处理，得到所述调制后的第二光信号OC22。
Priority Applications (1)
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| CN202410137329.6A CN117914410A (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 一种基于片上光梳的可调谐微波信号产生装置及其方法 |
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- 2024-01-31 CN CN202410137329.6A patent/CN117914410A/zh active Pending
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