[发明专利]基于空间光调制器与光脉冲干涉的相位编码信号产生系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于空间光调制器与光脉冲干涉的相位编码信号产生系统及方法，其中的产生系统包括锁模激光器(1)、光学色散器件(2)、光分路器(3)、光纤延迟线(4)、空间光调制器(5)、光合波器(6)和高速光电探测器(7)，所述锁模激光器(1)、光学色散器件(2)、光分路器(3)依次连接，所述光分路器(3)与所述光纤延迟线(4)的输入端、空间光调制器(5)的输入端分别连接，所述所述光纤延迟线(4)的输出端、空间光调制器(5)的输出端分别与光合波器(6)连接，所述光合波器(6)与所述高速光电探测器(7)连接。本发明能产生宽带可调谐的相位编码信号，具有较低的系统损耗和较高的输出信号信噪比等优点。

技术领域

本发明属于微波信号产生的技术领域，具体涉及一种基于空间光调制器与光脉冲干涉的相位编码信号产生系统及方法。

背景技术

在现代脉冲压缩雷达系统中，往往需要同时实现对目标距离和速度的测量。一般而言，雷达系统的距离分辨率与其发射信号的带宽成反比关系，速度分辨率则与雷达信号的时宽成反比。因此，在具有高距离和速度分辨率雷达系统中，需要发射同时具有大时宽和带宽的信号。从而定义信号的时间与带宽乘积为时间带宽积，以此来衡量雷达信号的性能。相位编码信号尤其是二相编码信号是一种广泛使用的雷达信号形式，该信号可以选择调相序列，使得信号具有“图钉型”的模糊函数，不受距离-多普勒耦合效应的影响。传统的电子学相位编码信号的产生方式是使用调相电路实现。在高分辨率的雷达距离测量和成像等应用中，这些电子器件的带宽会限制所产生信号的带宽(声表面波滤波器和压控振荡器的带宽一般在1～2GHz，数字合成产生的波形带宽也很难超过6GHz)，因而限制雷达系统的距离分辨率。这种情况下，微波光子技术以其大带宽以及抗电磁干扰等优势，被引入到相位编码信号的产生领域中，为宽带雷达信号的产生以及脉冲压缩雷达系统的性能提升提供了更多的可能性。

现有的相位编码信号的光子学的应用中，相位编码信号的光子学产生方案主要是基于偏振相关电光相位调制来实现。这类方案中，将在调制器的不同偏振方向上引入由编码信号控制的相位差，当编码相位为“0”时，两个正交偏振方向上相位差为“0”，否则为“π”。因此，在光电转换时使两个偏振态的信号拍频，即可产生相位编码信号。2008年Chi等使用了偏振调制器(Polarization Modulator,POLM)来进行偏振相关的相位调制，POLM的特点在于信号同时调制在光载波的两个正交的偏振方向上，并且两偏振方向上调制系数互补，因而可以在两个偏振方向上通过引入受编码信号控制的相位差。这一方案中首先将载波调制在连续光上，并将上下两个射频边带移动到不同的偏振态上。随后使用编码信号在POLM中在两个偏振方向上进行调制系数相反的相位调制，引入受编码序列控制的相位差，最终通过检偏和光电探测使得两个偏振方向上的信号拍频，产生相位编码的脉冲信号。这种方案的缺陷在于最终输出的信号仍含有残留的基带信号(H.Chi and J.Yao,“PhotonicGeneration of Phase-Coded Millimeter-Wave Signal Using a PolarizationModulator”,IEEE Microwave and Wireless Components Letters,2008,18(5),pp.371-373.)。

2013年，Li等人提出了改进方案，其使用POLM来进行载波信号的调制，并使载波信号上下边带分离，随后另外使用偏振相关的相位调制器来进行偏振相关的相位调制，最终产生了无背景噪声的相位编码信号(W.Li,L.Wang,M.Li and N.Zhu,“Photonicgeneration of widely tunable and background-free binary phase-coded radio-frequency pulses”,Optics Letters,2013,38(17),pp.3441-3444.)。