[发明专利]基于光学注入锁定的产生任意波形的方法

说明书

技术领域：

本发明属于微波信号源技术领域，涉及一种基于光学注入锁定的产生任意波形的方法。 

背景技术：

波形发生器是在电路设计、调试与测量中应用很多的一种信号发生装置和信号源。一般的信号源仅能产生几种固定形状的波形，而任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator)可以创造和产生任何可以设想的波形，其先导性、易用性和灵活性大大方便人们的设计与调试。AWG对于模拟现场信号和各种信号合成能产生各种各样的波形。

随着科技研究的不断深入和领域拓展，要求用于模拟的信号更加复杂、多样。例如，通信的每一步发展，都要求不同的测试信号。汽车功能和可靠性的提高，也伴随着使用更多、更复杂的信号。材料科学、生命科学等诸多领域，都要求用任意波形发生器产生复杂的信号。

任意波形发生器是一种特殊的信号源，目前信号发生的主要实现方法有直接模拟法和直接数字法两种。

一、直接模拟法

传统函数发生器结构如图1所示，一般都是由自由振荡器产生原始波形，然后经过转换电路将原始波形转换成其他波形。三角波是由振荡器产生的，方波是三角波通过比较器转变而成的，正弦波是三角波通过一个波形整形电路(正弦波整形器)演变而来的，所需要的波形经过放大和衰减输出，显然这种方式的结构简单，实现起来比较容易，主要应用在频率为几十MHz的波形的产生，但是其产生的波形种类有限，每增加一种波形，都要增加相应的转换电路，整个电路变得很复杂。

二、直接数字法

直接数字法是采用直接数字合成DDS(direct digital synthesis)的方法实现信号产生。基于DDS任意波形发生器的基本结构及原理，如图2所示：每经过一个时钟周期，相位累加器(PAR)都向总相位中增加一个新相位。当前PAR中的所有相位都被用来访问参考波形存储器。PAR的容量一般要比波形存储器的容量大得多。其波形存储器的实际参考输出却是向上舍入或截断而访问下一个地址中的结果。增加了一定数量的连续相位之后，PAR将会溢出，每溢出一次剩余相位会有不同取值，这就使得输出波形的地址在参考波形存储器中不断向前推进。尽管某一单个循环只是近似准确，但平均输出频率可达到非常高的分辨率。因此，这种方式的优点在于它非常高的频率分辨率和快速输出转换能力，但是其相位抖动尤其是在高频输出状态下的相位抖动比传统的任意波形发生器中的多，所以，基于DDS的任意波形发生器一般不适于用来产生高速任意波形。

通过上面的介绍可以看出，现有的任意波形发生器的设计方法各有优缺点，但都存在的缺陷是产生信号的最高频率一般只能达到几十MHz。

发明内容：

本发明目的是解决现有的任意波形发生器产生信号的最高频率较低一般只能达到几十MHz的问题，提出一种基于光学注入锁定的任意波形发生器，通过光学注入锁定的方法，把宽带梳状谱信号注入到各个DFB激光器中，经过模式锁定的DFB激光器产生的光信号产生的差频信号的相位、频率、幅度稳定，并且能通过简单的方法分别对其进行调节，然后进行各次谐波的合成，这样就可以得到想要的波形。

本发明提供的基于光学注入锁定的产生任意波形的方法，利用该方法构成的发生器主要包括注入锁定的宽谱光源、光隔离器、以及由一组分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)、消偏振分光棱镜和可调光功率衰减器构成的分布反馈式半导体激光器阵列；第一，注入锁定的宽谱光源通过光隔离器后，经过一组消偏振分光棱镜分束后注入到一组激光器中。第二，调节每个激光器的工作温度和电流，使其发光模式波长与想锁定的谱线在锁定范围内进行模式锁定。第三，锁定后的激光器，通过调节激光器的空间位置和输出光路中的可调光功率衰减器分别改变信号的相位和幅度。最后，已经调整好相位和幅度的各路信号经过消偏振分光棱镜进行光路耦合得到差频信号，即是各次谐波分量，这样就可以实现任意波形的产生。