[发明专利]光学瞬时频率测量装置

说明书

一种光学瞬时频率测量装置，依次包括：锁模激光器、色散元件、电光强度调制器、色散补偿元件、光电转换器和时间间隔测量模块。本发明突破了电子器件的限制，大大提升了瞬时频率测量的带宽。同时相比于其它光学瞬时频率测量系统，本发明可以同时测量多个频率信号，测量结果与输入信号幅度无关，且无需扫频过程。

技术领域

本发明涉及微波信号频率测量，具体是一种光学瞬时频率测量装置。

背景技术

微波信号的频率测量在电子战、雷达预警和电子情报系统等领域中有着重要的作用，但随着通信技术的发展及数据传输能力的爆发性增长，传统的电子频率测量系统难以满足超大瞬时测量带宽(10GHz以上)的迫切需求。光学频率测量系统有大瞬时带宽、抗电磁干扰、轻量化等优势，能够突破传统的电子频率测量系统的限制。

现有的光学频率测量技术主要分为频率-能量映射和频率-时间映射两大类。然而，绝大部分频率-能量映射方案都无法同时测量多个频率信号，且测得结果与待测信号幅度相关，需要控制待测信号的幅度以确保待频率-能量的对应关系(参见Zhou F,Chen H,Wang X,et al.Photonic Multiple Microwave Frequency Measurement Based onFrequency-to-Time Mapping[J].IEEE Photonics Journal,2018,10(2):1-7.)。大多频率-时间映射方案采用光载波或光滤波器时域扫频的方法(参见Ye C,Fu H,Zhu K,etal.All-Optical Approach to Microwave Frequency Measurement With LargeSpectral Range and High Accuracy[J].IEEE Photonics Technology Letters,2012,24(7):614-616.)，但是扫频的速率会影响系统延时。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种光学瞬时频率测量装置。该装置可以同时测量多个频率信号，测量结果与输入信号幅度无关，且无需扫频过程。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学瞬时频率测量装置，包括锁模激光器，其特点在于沿所述的锁模激光器的光输出方向依次是色散元件、电光强度调制器、色散补偿元件、光电转换器和时间间隔测量模块，待探测信号从所述的电光强度调制器的调制端输入，所述的电光强度调制器的带宽w_E大于待探测信号的频率；所述的色散元件引入的色散量D₁与色散补偿元件引入的色散量D₂之和为零，即D₁+D₂＝0，

所述的锁模激光器产生周期为T_s的光脉冲序列，该光脉冲序列经所述的色散元件对光脉冲进行拉伸；拉伸后的光信号输入所述的电光强度调制器，在所述的电光强度调制器内经待探测信号强度调制的光信号在输出端输出，再送入色散补偿元件对光信号进行压缩，所述的电光强度调制器输出的未调制分量和信号调制分量分别在时域恢复脉冲形状；该恢复了脉冲形状的光脉冲信号由所述的光电转换器转换为电脉冲信号后，所述的时间间隔测量模块分别测得未调制分量所对应脉冲和信号调制分量所对应的第i对脉冲的时域间隔Δt_i，按下列公式算出待探测信号中与第i对脉冲对应的频率：

其中，c为真空光速，λ为锁模激光器(1)的中心波长，D₂为色散补偿元件引入的色散量。

所述的色散元件和色散补偿元件可由处于所述的锁模激光器和电光强度调制器之间的第一环形器、处于所述的电光强度调制器和所述的光电转换器之间的第二环形器和同时与所述的第一环形器、第二环形器分别相连的对称色散模块构成的结构代替，其中对称色散模块会对前后向输入的光信号分别引入对称相反的色散量并反射。