[发明专利]一种频率及脉宽可调的微波信号生成方案

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子学、微波信号生成领域，尤其是光子型微波生成技术。

背景技术

高频微波生成技术在光载无线通信系统，雷达系统及传感网络中的一直起着关键性作用。目前，微波技术和应用中采用和拟采用的微波频段不断攀升，这对传统微波器件是一个极大的挑战，因此利用光学方法产生微波信号成为一个极有吸引力的研究热点。和传统的微波产生方法比较，光子学方法具有低损耗，高带宽特性，且不会受到电磁干扰。值得指出的是，利用光学方法生成的微波信号频率往往仅受光电探测器带宽的限制，因此，在高频微波信号生成领域，光学方法有着一定的优势。

就目前的研究进展而言，有多种利用光学方法产生微波信号的方案。其中，利用差频光进行拍频以及利用光谱构造结合频域时域映射的方法是两种主要的微波信号生成方案。前者将两束频率相近，偏振态相同的光波同时入射到高频光探测器上进行拍频，得到的微波信号频率由两束光的频率差决定。后者利用梳状滤波器对宽谱光源进行光谱构造，接着通过色散介质及光探测器进行频域到时域映射，进而得到一定频率的微波信号。

需要得指出的是：上述两种技术路线都只能存在着各自的局限性。前者产生的微波信号频率受波长稳定性影响，输入光波长的微小偏移都会导致生成微波信号频率的变化，对选用器件要求较高。而后者只能产生固定频率的微波信号，一旦选用梳状光滤波器固定，生成信号频率也随之固定。本发明给出了一种频率及脉宽可调的微波信号产生方案，为高频微波信号产生提供了更大的自由度。

发明内容

鉴于以上陈述的已有方案的不足，本发明旨在提供一种频率及脉宽可调的微波信号产生方案，在保证微波信号频率稳定性的前提下增强产生微波信号特性(包括频率及脉宽)的灵活性。

本发明的目的通过如下手段来实现。

一种频率及脉宽可调的微波信号产生方案，基于由一个宽带光源、一个可调的差分群时延元件，一个带宽可调的光滤波器，及一个频域到时域映射模块构成的微波产生装置；微波信号产生方法为：将光源产生的宽谱光注入光谱构造模块中，使用可调的差分群时延模块及光滤波器构造目标光谱，最后利用频域到时域映射装置产生指定频率及脉宽的微波信号。

超短脉冲源或其它宽带光源产生的宽谱光经过光强度调制器降频调制后，得到周期较低的超短脉冲序列，将其输入到光谱构造模块中以得到目标光谱，接着通过加入一段特定长度的单模光纤以引入色散并使用光电探测器将光信号转换成微波信号。其中，光谱构造模块由可调的两个偏振控制器，一个可调差分群时延元件，一个带宽可调光滤波器，一个起偏器组成。宽谱光经过低频信号调制后降低脉冲重复周期，使得光谱更平坦，接着输入群速度时延元件在两个正交偏振态间引入一定大小时延，并在偏振片处发生偏光干涉，产生梳状滤波效果，使得宽带光谱呈余弦型变化，其后使用光滤波器限制光谱宽度，最后经过一段单模光纤进行频域时域映射，即可得到所需微波信号。由于生成微波信号频率取决于引入的差分群时延及光纤色散量，因此在后端光纤长度确定的情况下，通过改变差分群时延量可以控制产生的信号频率；同样的，产生的微波码元宽度取决于光谱宽度及色散量大小，通过改变光滤波器带宽可以控制产生的信号脉宽。

经过以上设计后，本发明方法具有如下优点：在不改变系统结构装置的基础上，生成的微波信号频率及脉宽可根据系统要求调节，增加了光生微波技术的灵活性。

附图说明如下：

图1.本发明方案的系统框图。

图2.光谱构造模块的结构框图。

图3.在差分群时延为40ps，滤波器带宽为3nm情况下，得到的(a)信号光谱；(b)微波信号。

图4.保持差分群时延在40ps，改变光滤波器带宽得到的微波信号：(a)滤波器带宽为2.1nm；(b)滤波器带宽为1.2nm。

图5.改变差分群时延大小得到的不同频率的微波信号：(a)差分群时延为18ps；(b)差分群时延为95ps。

图6.(a)生成的微波信号频率随差分群时延的变化曲线；(b)信号脉宽随光滤波器带宽的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。

如图1所示，本发明方案由一个超短脉冲光源10，一个光调制器20，光谱构造模块30，一段单模光纤40，和一个光电探测器50构成。

由超短脉冲激光器10输出的光脉冲具有高斯型包络，其时域描述可以用下式表示：