CN118040447A - 产生离散信号的直调脉冲激光器及离散信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了产生离散信号的直调脉冲激光器及离散信号产生方法，通过引入脉冲处理及放大模块，将射频脉冲信号整形及放大为上升沿迅速、驱动电压大的脉冲驱动信号；并在脉冲处理及放大模块后接入快速激光驱动模块，通过脉冲驱动信号驱动高速MOSFET开关来实现离散脉冲激光信号的输出。本发明能够产生一种离散的光脉冲信号，使得多束光信号在时域重组时不会相互交叠且由于光的干涉形成相干光。

Description

产生离散信号的直调脉冲激光器及离散信号产生方法

技术领域

本发明属于射频脉冲信号调制技术领域，尤其涉及产生离散信号的直调脉冲激光器及离散信号产生方法。

背景技术

将射频信号转化为光信号后对光信号进行处理具有高宽带、低损耗、高安全性等优点，故而在电子对抗、通信等领域有广泛应用。直接调制激光器作为光源具有高性能、低成本等优点。

为了实现射频信号转化为光信号，传统直调激光器通过将输入射频信号的电压值线性调制到光信号上，其中固体直调激光器由于其具有输出能量大且峰值功率高、结构紧凑低成本等优点被广泛使用。

固体直调激光器是用固体激光材料作为工作介质的激光器，主要有光纤激光器以及半导体激光器。

光纤激光器主要基于光纤的放大作用及激光的激发过程，通过泵浦源提供能量，将光纤中的掺杂物(Nd、Yb)激发到激发态产生激发能级。当激发态粒子受到光子刺激时，会向基态跃迁，从而释放出能量。这些能量以光子的形式发射出去，形成激光束。这个过程称为受激辐射过程。而在光纤中，激光束会不断的通过反射和折射，被波导效用所约束。当激光束被反射回激光介质时，会被再次激发，从而增强激光束的强度，这个过程称为受激发射过程。通过这种反复的受激辐射和受激发射过程，光纤激光器可以产生高功率的激光束。

半导体激光器基于半导体PN结内的正反向偏置扩散电流效应，在半导体材料中实现光子与电子的相互转换。当PN结处于反向偏置时，少量载流子穿越发光区域时产生辐射复合，产生的光子在稳定性腔体的作用下被反射产生强光，并形成激光束。

无论是光纤激光器还是半导体激光器，都能实现射频信号到光信号的转化。然而，在某些应用场景下需要对多路光信号在时域重组，常规的直接调制激光器调制出的连续光信号在时域重组时会产生信号交叠以及光的干涉现象，从而影响整体系统的使用。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了产生离散信号的直调脉冲激光器及离散信号产生方法,实现激光器在接收射频脉冲信号时产生离散脉冲激光信号的功能，从而避免连续光信号在时域重组时产生的信号交叠以及光的干涉现象。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种产生离散信号的直调脉冲激光器，所述激光器包括：

脉冲整形及放大模块，所述脉冲整形及放大模块将接收到的射频脉冲信号整形并放大成脉冲驱动信号，所述脉冲驱动信号的上升沿速度和幅度高于所述射频脉冲信号；

快速激光驱动模块，所述快速激光驱动模块将连续的射频脉冲信号调制在光载波上，输出离散的脉冲激光信号。

进一步的，所述脉冲整形及放大模块包括依次串联的检波器和放大器，检波器接收视频脉冲信号，放大器输出脉冲驱动信号。

进一步的，所述快速激光驱动模块包括高速MOS开关和电容，通过MOS开关导通和截止控制电容充放电。

进一步的，所述快速激光驱动模块还包括电压源，低电平时高速MOS开关截止，电压源通过充电回路为电容充电低，高电平时MOS开关导通，电容上的储能通过放电回路释放，输出离散脉冲激光。

进一步的，所述快速激光驱动模块还包括限流电阻和采样电阻，通过限流电阻限制电压源提供的偏置电流，平滑激光输出的脉冲波形；采样电阻监测激光器的电流工作情况。

另一方面，本发明还提供了一种离散信号产生方法，所述方法基于权利要求1-5任一所述的直调脉冲激光器实现，所述方法包括：

脉冲整形及放大模块对输入的射频脉冲信号进行整形并放大成脉冲驱动信号，输入脉冲射频信号表示为：

其中，T为信号周期，s_in-one(t)为单个周期的输入信号，

其中，Amp为脉冲信号峰值幅度，Res为信号噪底幅度，Δt_up为脉冲信号上升沿时间，Δt_maintain为脉冲信号保持时间，Δt_down为脉冲信号下降沿时间，T为信号周期；

经过脉冲整形及放大模块后，产生的脉冲驱动信号为

其中，Amp为脉冲信号峰值幅度，Res为信号噪底幅度，Δt_maintain为脉冲信号保持时间，T为信号周期，k为放大系数；

快速激光驱动模块通过接收脉冲驱动信号作为触发信号，并输出离散脉冲激光，产生的离散脉冲光信号为：

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过引入脉冲处理及放大模块，将射频脉冲信号整形及放大为上升沿迅速、驱动电压大的脉冲驱动信号；并在脉冲处理及放大模块后接入快速激光驱动模块，通过脉冲驱动信号驱动高速MOSFET开关来实现离散脉冲激光信号的输出。实现激光器在接收射频脉冲信号时产生离散脉冲激光信号的功能，从而避免连续光信号在时域重组时产生的信号交叠以及光的干涉现象。

(2)本发明适用于机载、地面及舰载等平台的雷达、电子对抗及通信系统中。

附图说明

图1是本发明实施例产生离散信号的直调脉冲激光器原理示意图；

图2是本发明实施例产生离散信号的直调脉冲激光器结构框图。

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，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，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。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在某些应用场景下需要对多路光信号在时域重组，常规的直接调制激光器调制出的连续光信号在时域重组时会产生信号交叠以及光的干涉现象，从而影响整体系统的使用。

为了解决上述技术问题，提出了本发明产生离散信号的直调脉冲激光器及离散信号产生方法的下述各个实施例。

参照图1，如图1所示是本实施例产生离散信号的直调脉冲激光器原理示意图，该激光器分为两个部分：

1)脉冲整形及放大模块：外部传输入激光器的窄脉冲信号波形上升沿较缓，由低电平到高电平较慢，同时幅值较低，不足以驱动MOS管开关，通过脉冲整形及放大模块将输入的射频脉冲信号转换为上升沿迅速、幅值更大的驱动脉冲信号。

2)快速激光驱动模块：实现将射频脉冲信号转化为脉冲光信号输出，用于将连续的射频脉冲信号调制在光载波上输出离散的脉冲激光信号。

参照图2，如图2所示是本实施例产生离散信号的直调脉冲激光器结构框图。

在本实施例中，脉冲整形及放大模块可采用检波器和微波放大器的组合。

在本实施例中，速激光驱动电路可采用由高速MOSFET开关、电压源、储能电容、二极管及若干限流电阻及采样电阻的组合，通过输入射频脉冲信号的高低电平驱动高速MOSFET开关的截止与导通，开关截止时电压源通过充电回路给电容充电，开关导通时电容上的储能通过放电回路迅速释放，在激光器两端产生一个快速的电压跳变，在电荷释放的瞬间，输出脉冲激光。

利用该直调脉冲激光器产生离散信号的具体过程如下：

脉冲整形及放大模块通过检波器及放大器对输入的上升沿缓慢、幅度较低的射频脉冲信号进行整形并放大成上升沿迅速、幅值更高的脉冲驱动信号。输入脉冲射频信号在数学上可以表示为S_in(t)，可以表示为：

其中，T为信号周期，s_in-one(t)为单个周期的输入信号，可以表示为：

其中，Amp为脉冲信号峰值幅度，Res为信号噪底幅度，Δt_up为脉冲信号上升沿时间，Δt_maintain为脉冲信号保持时间，Δt_down为脉冲信号下降沿时间，T为信号周期；

经过脉冲整形及放大模块后，产生的脉冲驱动信号可表示为：

快速激光驱动模块由高速MOSFET开关、电压源、电容、限流电阻及采样电阻组成，通过接收脉冲驱动信号作为高速MOS开关的触发信号，低电平时开关截止，电压源通过充电回路为电容充电；高电平时开关导通，电容上的储能通过放电回路迅速释放，输出离散脉冲激光。产生的离散脉冲光信号可表示为：

本实施例提供了一种实现直调脉冲激光器在接收射频脉冲信号时仅产生离散脉冲激光信号的方法，实现激光器在接收射频脉冲信号时仅产生离散脉冲激光信号的功能，从而避免连续光信号在时域重组时产生的信号交叠以及光的干涉现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种产生离散信号的直调脉冲激光器，其特征在于，所述激光器包括：

脉冲整形及放大模块，所述脉冲整形及放大模块将接收到的射频脉冲信号整形并放大成脉冲驱动信号，所述脉冲驱动信号的上升沿速度和幅度高于所述射频脉冲信号；

快速激光驱动模块，所述快速激光驱动模块将连续的射频脉冲信号调制在光载波上，输出离散的脉冲激光信号。

2.如权利要求1所述的产生离散信号的直调脉冲激光器，其特征在于，所述脉冲整形及放大模块包括依次串联的检波器和放大器，检波器接收视频脉冲信号，放大器输出脉冲驱动信号。

3.如权利要求2所述的产生离散信号的直调脉冲激光器，其特征在于，所述快速激光驱动模块包括高速MOS开关和电容，通过MOS开关导通和截止控制电容充放电。

4.如权利要求3所述的产生离散信号的直调脉冲激光器，其特征在于，所述快速激光驱动模块还包括电压源，低电平时高速MOS开关截止，电压源通过充电回路为电容充电低，高电平时MOS开关导通，电容上的储能通过放电回路释放，输出离散脉冲激光。

5.如权利要求3所述的产生离散信号的直调脉冲激光器，其特征在于，所述快速激光驱动模块还包括限流电阻和采样电阻，通过限流电阻限制电压源提供的偏置电流，平滑激光输出的脉冲波形；采样电阻监测激光器的电流工作情况。

6.一种离散信号产生方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-5任一所述的直调脉冲激光器实现，所述方法包括：

脉冲整形及放大模块对输入的射频脉冲信号进行整形并放大成脉冲驱动信号，输入脉冲射频信号表示为：

其中，T为信号周期，s_in-one(t)为单个周期的输入信号，

其中，Amp为脉冲信号峰值幅度，Res为信号噪底幅度，Δt_up为脉冲信号上升沿时间，Δt_maintain为脉冲信号保持时间，Δt_down为脉冲信号下降沿时间，T为信号周期；

经过脉冲整形及放大模块后，产生的脉冲驱动信号为

其中，Amp为脉冲信号峰值幅度，Res为信号噪底幅度，Δt_maintain为脉冲信号保持时间，T为信号周期，k为放大系数；

快速激光驱动模块通过接收脉冲驱动信号作为触发信号，并输出离散脉冲激光，产生的离散脉冲光信号为：