CN113922878A - 抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，包括激光器、双驱动双平行马赫曾德尔调制器(包括子调制器一、二)、第一90°电桥、第二90°电桥、单模光纤、带通滤波器、光电检测器、电源控制单元；激光器输出的激光输入主调制器，射频信号通过第一90°电桥分成相位相差90°的两路分别加载子调制器一的两射频输入口，单啁啾信号通过第二90°电桥分成相位相差90°的两路分别加载到子调制器二的两射频输入口，主调制器通过单模光纤、光电探测器连接带通滤波器；电源控制单元控制双平行子调制器二的直流偏置点使之工作在单边带调制模式下，通过调节子调制器一和主调制器的直流偏置点来切换下啁啾、双啁啾、上啁啾波形的产生。
Description
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域，具体涉及一种抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置。
背景技术
线性啁啾微波波形被广泛应用于雷达中，以提高探测距离和距离分辨率。传统技术中，线性啁啾微波波形是通过电压控制振荡器用电产生的。线性斜坡控制电压或直接数字合成器。然而，产生的信号的中心频率和带宽受到电子瓶颈的限制。与电学方法相比，在光域产生微波啁啾信号具有瞬时超宽带高、光谱调谐范围大和抗干扰能力强等优点。到目前为止，已经出现了大量基于微波光子学的线性啁啾微波波形方案。例如频时映射和光学外差。
为了进一步提高啁啾射频信号的时间带宽积，本领域技术人员提出了基于扫频光电振荡器、利用外部调制器进行频率带宽乘的方法。这在现代雷达***中很重要。然而，线性啁啾微波波形具有大范围的多普勒耦合刀边缘模糊耦合。为了克服这一缺陷，本领域技术人员提出了由两个线性啁啾互补的微波波形组成的双啁啾微波波形。在一些情况下，发送双啁啾微波波形是一个更好的解决方案。然而在某些场景中，如多功能雷达***，为了响应不同的需求，需要可切换的多格式啁啾波形，而现有的方法结构复杂且传输受到光纤周期性功率衰弱的限制。
针对以上技术问题，本发明对其进行改进。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种抗色散功率衰弱且可切换多格式啁啾波形的光子产生装置。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，包括激光器、双驱动双平行马赫曾德尔调制器(包括子调制器一、子调制器二)、第一90°电桥、第二90°电桥、单模光纤、带通滤波器、光电检测器、电源控制单元；激光器输出的激光输入双驱动双平行马赫曾德尔调制器，射频信号通过第一90°电桥分成相位相差90°的两路分别加载子调制器一的两射频输入口，单啁啾信号通过第二90°电桥分成相位相差90°的两路分别加载到子调制器二的两射频输入口，双驱动双平行马赫曾德尔调制器与单模光纤相连，单模光纤通过光电探测器连接带通滤波器；电源控制单元控制子调制器二的直流偏置点使之工作在单边带调制模式下，通过调节子调制器一和主调制器的直流偏置点来切换下啁啾、双啁啾、上啁啾波形的产生，且生成的波形具有抗色散功率衰弱的功能。本发明可实现抗色散功率衰弱且可切换多格式啁啾波形产生，应用于多功能雷达等领域。
作为优选方案，所述双驱动双平行调制器有三个直流偏置输入，其中偏置2理想状态下的输入电压等于
Vπ为调制器的半波电压，即子调制器二工作在正交偏置点，偏置1、偏置3理想状态下根据需要的上啁啾、双啁啾或上啁啾波形来调节，由电源控制单元来控制输入。
作为优选方案，若要产生下啁啾波形，则使偏置1、偏置3引起的相移分别为
和π；若要产生双啁啾波形，则偏置1、偏置3引起的相移分别为
和
m1为射频信号的调制系数，Jn()表示第一类贝塞尔函数；若要产生上啁啾波形，则偏置1、偏置3引起的相移为
作为优选方案，所述的90°电桥实际上起到分路和移相的作用，也可以由其他分路和移相的器件所替代。
作为优选方案，所述的电源控制单元是偏置点自动控制电路，电源控制单元可以由不同的可调直流电压源构成。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
(1)通过调节调制器的直流偏置点来完成下啁啾、双啁啾、下啁啾之间的切换，无偏振且结构简单。
(2)通过啁啾信号的单边带调制，消除了色散所引起的信号功率衰弱。
附图说明
图1是本发明抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置的基础结构示意图；
图2是本发明实施生成的下啁啾、双啁啾，上啁啾波形的时域波形图、时-频图和电谱图；
图3是本发明实施生成的下啁啾、双啁啾，上啁啾波形经过光纤传输后的时-频图和电谱图；
图4是本发明实施生成的下啁啾、双啁啾，上啁啾波形经过和光纤传输损耗相同的衰减器后的时-频图和电谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明实施例一种抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，其包括激光器1、双驱动双平行马赫曾德尔调制器2(包括子调制器2a、子调制器2b)、第一90°电桥6、第二90°电桥7、单模光纤3、光电检测器4、带通滤波器5、电源控制单元8。激光器1输出的激光输入双驱动双平行马赫曾德尔调制器2，射频信号通过第一90°电桥6分成相位相差90°的两路分别加载子调制器2a的上下射频输入口，单啁啾信号通过第二90°电桥7分成相位相差90°的两路分别加载到子调制器2b的上下射频输入口；双驱动双平行马赫则德尔调制器与单模光纤3相连，单模光纤3通过光电探测器4连接带通滤波器5；电源控制单元8控制子调制器2b的直流偏置点使之工作在单边带调制模式下，通过调节子调制器2a和主调制器2的直流偏置点来切换下啁啾、双啁啾、上啁啾波形的产生，且生成的波形具有抗色散功率衰弱的功能。
在本实施例中，90°电桥起到分路和移相的作用，其可以由其他分路和移相的器件所替代。电源控制单元是偏置点自动控制电路，电源控制单元可以由不同的可调直流电压源构成。
双驱动双平行调制器2有三个直流偏置输入，其中偏置2理想状态下的输入电压等于
Vπ为调制器的半波电压，也就是子调制器2a工作在正交偏置点，偏置1、偏置3理想状态下根据需要的上啁啾、双啁啾或上啁啾波形来调节，由电源控制单元8来控制输入。
若要产生下啁啾波形，则使偏置1、偏置3引起的相移分别为
和π；若要产生双啁啾波形，则偏置1、偏置3引起的相移分别为
和
m1为射频信号的调制系数，Jn()表示第一类贝塞尔函数；若要产生上啁啾波形，则偏置1、偏置3引起的相移为
具体原理说明如下：假设输入光信号的光场为
E0和ω0分别为激光信号幅度和角频率，射频信号为V1 cos(ω1t),V1和ω1分别为射频信号振幅和角频率，单啁啾信号为V2 cos(ω2t+kt2),V2、ω2和k分别为单啁啾信号的振幅、角频率和啁啾率。
子调制器2a输出光信号光场表达式为：
其中，
为偏置1所造成的相移，m1＝πV1/Vπ为射频信号的调制系数，Jn()表示第一类贝塞尔函数。
子调制器2b输出光信号光场表达式为：
其中，m2＝πV2/Vπ为射频信号的调制系数。
则双驱动双平行马赫曾德尔调制器输出光信号的光场表达式为：
其中，
为偏置3所造成的相移。如果m1＝m2，ω1＝2ω2，双驱动双平行马赫曾德尔调制器输出的光信号的光场可以表示为：
在经过长距离的光纤传输后，输出光信号的光场能够被表示为
其中，θ0和θ-1分别是光载波信号、-1阶单啁啾信号调制光边带色散所引起的相移，γ1和γ-1分别是1阶、-1阶射频调制光边带色散所引起的相移，应用泰勒公式，根据传播常数β，可以得到：
θ0＝Lβ0(ω0)
在经过光电探测器后，通过使用一个带通滤波器，可以对信号进行滤波使其只包含中心频率在ω2的频谱分量，光电流可以表示为
其中，
和
当
时，输出的光电流可以表示为
i(t)∝J1(m1)2cos(ω2t+kt2+a1+θ0-θ-1)+J1(m1)2cos(ω2t-kt2+a3+θ-1-γ-1)
当
时，输出的光电流可以表示为
i(t)∝J1(m1)2cos(ω2t-kt2+π+θ-1-γ-1)
当
时，输出的光电流可以表示为
可以看出当
可以生成一个下啁啾波形；当
时可以生成一个双啁啾波形；当
时，生成一个上啁啾波形。可以看出色散所引起的相移仅仅只影响了生成信号的相位而不是幅度。换句话说消除了下啁啾，双啁啾和上啁啾传输所引起的功率衰弱。
本发明可以实现抗色散功率衰弱且可切换多格式啁啾波形产生。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (5)
1.抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，其特征是单元包括激光器(1)、双驱动双平行马赫曾德尔调制器(2)、单模光纤(3)、光电检测器(4)、带通滤波器(5)、第一90°电桥(6)、第二90°电桥(7)、电源控制单元(8)；双驱动双平行马赫曾德尔调制器(2)包括子调制器一(2a)、子调制器二(2b)；激光器(1)输出的激光输入双驱动双平行马赫曾德尔调制器(2)；射频信号通过第一90°电桥(6)分成相位相差90°的两路分别加载子调制器一(2a)的两射频输入口，单啁啾信号通过第二90°电桥(7)分成相位相差90°的两路分别加载到子调制器二(2b)的两射频输入口；双驱动双平行马赫曾德尔调制器(2)与单模光纤(3)相连，单模光纤(3)通过光电探测器(4)连接带通滤波器(5)；电源控制单元(8)控制子调制器二(2b)的直流偏置点使之工作在单边带调制模式下，通过调节子调制器一(2a)与双驱动双平行马赫曾德尔调制器(2)的直流偏置点来切换下啁啾、双啁啾、上啁啾波形的产生。
2.如权利要求1所述抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，其特征在于，所述双驱动双平行马赫曾德尔调制器(2)有三个直流偏置输入，其中偏置2理想状态下的输入电压等于
Vπ为调制器的半波电压，即子调制器二(2b)工作在正交偏置点，偏置1、偏置3理想状态下根据需要的上啁啾、双啁啾或上啁啾波形来调节，由电源控制单元(8)来控制输入。
3.如权利要求2所述抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，其特征是，偏置1、偏置3引起的相移分别为
和π，产生下啁啾波形；偏置1、偏置3引起的相移分别为
和
m1为射频信号的调制系数，Jn()表示第一类贝塞尔函数，产生双啁啾波形；偏置1、偏置3引起的相移为
产生上啁啾波形。
4.如权利要求1-3任一项所述抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，其特征在于，所述的电源控制单元(8)是偏置点自动控制电路。
5.如权利要求4所述抗色散功率衰弱且能切换多格式啁啾波形的光子产生装置，其特征在于，所述的电源控制单元(8)由不同的可调直流电压源构成。
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