[发明专利]一种基于光学频率梳的微波频率测量方法及装置

摘要

本发明提供了一种基于光学频率梳的微波频率测量方法及装置，属于微波频率测量方法及装置技术领域。本发明的方法，由激光器产生频率为f_c的激光信号分为两部分，其中一部分由频率为f_RF的未知RF信号对其进行载波抑制双边带调制；载波抑制双边带调制信号与失谐光频梳在一个窄带光电探测器上进行拍频；对拍频信号的频谱进行分析，获取这两个拍品信号的频率信息及功率信息；根据已确定的i，f₁，f₂，及式(7)即可确定入射RF信号的频率。本发明的装置包括激光器、第一耦合器、强度调制器、可编程滤波器、掺铒光纤放大器、双平行调制器、信号发生器、电学耦合器、相移器、光电探测器、频谱仪、第二耦合器、第三耦合器和第四耦合器。

主权项

1.一种基于光学频率梳的微波频率测量方法，其特征在于，步骤一、由激光器产生频率为f_c的激光信号分为两部分，其中一部分由频率为f_RF的未知RF信号对其进行载波抑制双边带调制，调制后的信号光场近似表示为E_u(t)＝E₀sin[βcos(2πf_RFt)]≈A₊₁cos[2π(f_c+f_RF)t]+A_‑1cos[2π(f_c‑f_RF)t]  (1)其中A_±1＝J₁(β)为载波抑制双边带调制信号光场的幅值，β＝π/V_π和J_n(.)分别为相位调制率和第一类n阶Bessel函数，V_π是Mach‑Zehnder调制器的半波电压，另一部分用于产生失谐光学频率梳，使光学频率梳的每根梳齿具有不同的恰当的功率，其光场表示为其中n是失谐光学频率梳中梳齿的个数，B_i是失谐光学频率梳中第i个梳齿的光场幅值，是第i个梳齿与第一个梳齿间的相对相位差，失谐光学频率梳中第一根梳齿的频率与载波抑制双边带调制信号中载波的频率相同；步骤二、载波抑制双边带调制信号与失谐光频梳在一个窄带光电探测器上进行拍频，载波抑制双边带信号的上边带与失谐频率梳中第i个梳齿拍频信号光强表示为如果载波抑制双边带信号的上边带与第i个梳齿的频率差在光电探测器的带宽内，即0≤|f_RF‑(i‑1)f₀|≤f₀时，光电探测器的交流输出为其中为光电探测器的响应率，这一拍频信号包含了频率为|f_RF‑(i‑1)f₀|的信号，否则，光电探测器将由于有限带宽而不响应，因此，上边带与其左右最相邻梳齿之间的拍频信号频率在光电探测器相应范围之内，所产生的微波频率分量的频率分别为f₁、f₂，而上边带与其非左右最相邻梳齿之间的拍频信号频率不在光电探测器的相应范围内，被光电探测器滤除，失谐光学频率梳的各梳齿之间的拍频信号的频率为光学频率梳频率f₀的整数倍，因此，在单频RF信号入射的情况下，光电探测器的相应范围内只有频率为f₁、f₂的两个拍频信号；步骤三、对拍频信号的频谱进行分析，获取这两个拍频信号的频率信息及功率信息，由式(4)看出，未知RF信号的上边带与其最相邻的左右梳齿之间的功率比表示为其中P_i为失谐光学频率梳中第i个梳齿的功率，值得注意的是，如果上边带位于第1根与第2根梳齿之间，那么载波抑制双边带信号的上边带和下边带与第1根梳齿之间的拍频信号的频率是相等的，这将导致上边带与第1根梳齿之间拍频信号的功率成为原来的4倍，因此，式(5)写为由式(6)看出，功率比R只与失谐频率梳中相邻梳齿之间的功率比有关，与载波抑制双边带信号的上边带与下边带的幅值无关，也与入射RF信号的功率无关，这样，通过对拍频信号频谱分析中获取的功率信息及已测定的失谐光学频率梳中各相邻梳齿之间的功率比即可确定i；步骤四、根据已确定的i，f₁，f₂，及式(7)即可确定入射RF信号的频率f_RF＝(i‑1)·f₀+f₁＝i·f₀‑f₂  (7)多频信号的频率测量使用这一方法实现，在多频测量过程中，在分析拍频信号的频谱后，挑选出包含两个微波频率分量且他们的频率和为失谐光学频率梳的频率间隔的频率对，然后，每一个RF信号频率分量的频率都根据相应频率对的频率信息与功率信息获得。