[发明专利]经线性调频的任意微波信号的光子产生器件

说明书

本发明的一般领域为经线性调频的任意微波信号的光子产生器件，所述器件包括：激光器(1)、用于形成发射信号的组件(2)以及光接收器(3)，该光接收器(3)的带宽在微波频率的范围内。所述形成组件包括：第一光束分离器(20)；第一光通道，其包括移频回路，所述移频回路包括光束分离器(50)、第一光学放大器(60)、光学隔离器(70)、第一光谱滤波器(75)和声光移频器(80)；第二光通道，其包括光电移频器(30)；第二光束分离器(40)；第二光学放大器(90)；以及第二光学滤波器(100)；声光频移、光电频移和第一光学放大器的振幅增益可调。

技术领域

本发明的领域为微波信号的光子产生的领域，并且更具体地，为线性调频的微波信号(也称为“LFM(公开为MLF)”信号)的领域。这样的LMF信号也称为“任意”信号。在本说明书的其余部分，术语LFM指定信号的时域形式。这样的信号也称为“线性调频信号(chirp)”。这些信号的特点在于其中心频率或平均频率(有时称为其载波频率)以及其通带。通带通常定义为信号的最高频率和最低频率之间的差。在本案中，载波频率包括在1GHz和100GHz之间，通带包括在0和200GHz之间。

背景技术

这种类型的微波信号的应用领域是多种多样的。举例来说，将涉及雷达领域、生物医学成像领域、健康领域、光谱学领域以及最后的射频元件表征领域。

脉冲压缩雷达能够获得比与脉冲持续时间相对应的长度更短的非常好的空间分辨率。因此，避免了与短脉冲和强脉冲的产生、放大和发射相关的缺陷。由这些脉冲压缩雷达发射的信号为线性调频的微波信号。缩写为“FMCW”的雷达也是如此，“FMCW”意为“调频连续波”。具体地，这种类型的雷达可以用于健康领域，以不接触地监测诸如心律的生理参数。

在生物医学成像领域，线性调频的微波信号能够通过测量生物组织的介电常数来确定生物组织的特性。此外，可以利用低能量的信号来工作。

这些信号还尤其地特别适合于气态的大分子(诸如氨基酸或肽链)的光谱学。

最后，可以使用这些信号来表征所有类型的射频元件。执行这种类型的表征的“SNA”(意为“标量网络分析仪”的缩写)或“VNA”(意为“矢量网络分析仪”的缩写)类型的当前设备，通常是笨重且昂贵的设备。

通常，利用任意波形发生器(AWG)来创建任意信号。然而，任意信号的通带由模数转换器限制为40-100GHz。此外，AWG的使用受到其成本、信号发射时间的波动或“时间抖动”、以及这些装置的体积和耗电量的限制。

更具体地，任意信号利用简单的“VCO”(意为“压控振荡器”的缩写)来产生，该“VCO”产生与输入电压成比例的频率信号。该技术的主要缺陷在于，所获得的通带限制为几GHz。此外，使用这种类型的发生器，其他微波源可能会导致寄生信号。

为了克服由于电子系统的模数转换器的速度所导致的电子系统的通带的固有限制，一种称为微波光子学的新的研究领域在大约过去十年中得到了发展。读者可以参考如下的文章：J.Yao，标题为《微波光子学》(Microwave photonics)，J.Lightwave Tech.(2009)，用作关于该技术的附加信息。其原理为使用非常大通带(其可以大于10THz)的基于光纤的光学系统，然后将该通带转换为微波频率范围。举一个简单的示例，光探测器上两个光纤激光器的差拍产生微波信号，该微波信号的频率等于两个激光器的光频差。因此，获得在GHz-THz范围内的信号。此外，光学技术对电磁干扰不敏感，具有较低的耗电量和较小的体积。最后，通常与激光腔的机械稳定性相关的光脉冲序列的光谱纯度能够获得比电子方法的时间抖动量更小的时间抖动量。

为了在高于1GHz的频率上产生LFM信号，已提出多个光子学解决方案。