專利名稱：利用布里淵散射實現(xiàn)多頻微波信號頻率測量的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波頻率測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用布里淵散射實現(xiàn)多頻微波信號頻率測量的裝置及方法。
背景技術(shù)：
微波光子學(xué)是一門涉及微波工程和光子學(xué)的新興交叉學(xué)科，其研究內(nèi)容涉及了與微波技術(shù)和光纖技術(shù)相關(guān)的各個領(lǐng)域，主要集中在兩方面一是解決傳統(tǒng)的光纖通信技術(shù)向微波頻段發(fā)展中的問題，包括激光器、光調(diào)制器、放大器、探測器和光纖傳輸鏈路的研究; 二是利用光電子器件解決微波信號的產(chǎn)生和控制問題，主要微波光子濾波器、光域微波放大器、任意波形微波信號產(chǎn)生等。微波光子學(xué)較于電子學(xué)具有眾多優(yōu)點，比如，損耗低、重量輕、尺寸小、帶寬高、抗電磁干擾等。因此，通過采用微波光子技術(shù)可以實現(xiàn)以前在電域內(nèi)很難甚至是無法完成的功能或任務(wù)。正是由于以上的巨大優(yōu)勢，微波光子學(xué)在信號處理、通信、國防和航空航天等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。其中， 微波光子頻率測量技術(shù)被認為是未來電子戰(zhàn)中處理雷達信號的先進方法之一，因此眾多微波光子學(xué)技術(shù)研究被用于實現(xiàn)大動態(tài)范圍、高分辨率的微波頻率測量。然而，目前的基于微波光子學(xué)對微波頻率測量的研究基本只適用于單頻微波信號，并且分辨率有限。受激布里淵散射(SBS)是光纖中泵浦波、斯托克斯波通過聲波進行作用的非線性效應(yīng)。受激布里淵散射主要是由于入射光功率很高，由光波產(chǎn)生的電磁伸縮效應(yīng)在物質(zhì)內(nèi)激起超聲波，入射光受超聲波散射而產(chǎn)生的。這期間產(chǎn)生兩個耦合效應(yīng)一、泵浦波引起的折射率變化通過布拉格衍射散射泵浦光，產(chǎn)生了頻率下移布里淵頻移的布里淵增益譜；二是斯托克斯波將引起頻率上移布里淵頻移的布里淵損耗譜。布里淵散射對處于增益譜與損耗譜的信號在產(chǎn)生幅度增益或損耗的同時，均伴隨著相位的非線性變化。而且信號幅度的增益和損耗的大小及相應(yīng)的相位變化與斯托克斯波和泵浦波的功率、頻率以及光纖類型、 光纖長度均有關(guān)系。因此，近年來這種由布里淵散射效應(yīng)引起的幅度和相位變化被廣泛應(yīng)用于光域中的信號處理中，例如產(chǎn)生單邊帶調(diào)制信號等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用受激布里淵散射實現(xiàn)多頻微波信號的頻率測量裝置及方法。本發(fā)明把待測的多頻微波信號相位調(diào)制到光上，利用受激布里淵散射通過一個掃頻的載波抑制雙邊帶信號對該相位調(diào)制雙邊帶信號進行光學(xué)處理得到選擇性的單邊帶光調(diào)制信號，同時同步掃頻信號與調(diào)制信號微波功率的探測。當(dāng)有微波功率可以被檢測時，此時掃頻頻率與光纖布里淵頻移之間的頻差就是未知微波信號的頻率，從而實現(xiàn)了對待測微波信號的頻率測量。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取技術(shù)方案為利用布里淵散射的多頻微波信號頻率測量裝置，包括DFB激光器、I X 2光耦合器、 第一偏振控制器、第二偏振控制器、電光相位調(diào)制器、色散位移光纖、馬赫-曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、環(huán)形器、隔離器和光高速探測器、微波檢波器、數(shù)字示波器。DFB激光器的輸出端與1 X 2光耦合器的輸入端光連接，1 X 2光耦合器的一個輸出端與第一偏振控制器的一端光連接，第一偏振控制器的另一端與馬赫-曾德爾調(diào)制器光輸入端光連接，馬赫-曾德爾調(diào)制器光輸出端與摻鉺光纖放大器輸入端光連接，摻鉺光纖放大器輸出端與環(huán)形器的 1 口光連接；1X2光耦合器的另一個輸出端與第二偏振控制器的一端光連接，第二偏振控制器的另一端與電光相位調(diào)制器光輸入端光連接，電光相位調(diào)制器光輸出端與隔離器的輸入端光連接，隔離器的輸出端與色散位移光纖一端光連接，色散位移光纖另一端與環(huán)形器的2 口光連接；環(huán)形器的3 口與光高速探測器輸入端光連接，光電高速探測器輸出端與微波檢波器電連接，微波檢波器輸出端與數(shù)字示波器電連接；掃頻信號輸入至馬赫-曾德爾調(diào)制器電信號端，待測微波信號輸入至電光相位調(diào)制器電輸入端。利用上述的裝置進行頻率測量方法DFB激光器發(fā)射的光經(jīng)光耦合器分成兩路， 一路經(jīng)第一偏振控制器傳入馬赫-曾德爾調(diào)制器，掃頻信號fs經(jīng)馬赫-曾德爾調(diào)制器電輸入端，在馬赫-曾德爾調(diào)制器上實現(xiàn)對掃頻信號的雙邊帶載波抑制調(diào)制，調(diào)制后的光信號接摻鉺光纖放大器調(diào)整其功率，由光環(huán)行器1 口反向傳輸?shù)缴⑽灰乒饫w上，另一路經(jīng)第二偏振控制器傳入電光相位調(diào)制器，待測微波信號經(jīng)電光相位調(diào)制器電輸入端輸入電光調(diào)制器中，實現(xiàn)對待測微波信號的相位調(diào)制，調(diào)制后光信號接隔離器經(jīng)色散位移光纖傳輸，在色散位移光纖中，正向傳輸?shù)膶Υ郎y微波信號的相位調(diào)制信號與反向傳輸?shù)膾哳l信號的雙邊帶載波抑制調(diào)制信號相遇，當(dāng)待測信號中的某一個微波頻率與掃頻信號的頻差等于色散位移光纖的布里淵頻移時，就會發(fā)生受激布里淵散射，產(chǎn)生布里淵增益譜與損耗譜，實現(xiàn)對于該微波頻率信號的單邊帶調(diào)制。該單邊帶調(diào)制信號經(jīng)環(huán)形器輸出，接光高速探測器后由微波檢波器測量其微波功率，后接數(shù)字示波器。整個過程中掃頻信號的掃描與數(shù)字示波器要求同步，從而可以得到不同掃描頻率與微波功率的關(guān)系圖。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過受激布里淵散射對雙邊帶調(diào)制信號進行光學(xué)處理得到光單邊帶調(diào)制掃頻信號，從而實現(xiàn)微波頻率測量。本發(fā)明不僅繼承了微波光子測量的一般優(yōu)勢，并且可以測量包含多頻率信息的微波信號的所有頻率信息，同時具有幾十MHz 的高分辨率以及很寬的測量范圍。此外，本發(fā)明中的微波功率測量是基于對相位調(diào)制信號一個邊帶的放大和另一邊帶的衰減從而實現(xiàn)單邊帶調(diào)制獲得，因此，本發(fā)明可以測量極微弱的微波信號。


圖1是本發(fā)明中的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是利用布里淵散射實現(xiàn)微波頻率單邊帶調(diào)制的頻率轉(zhuǎn)換示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明通過掃頻信號實現(xiàn)對于待測多頻率微波信號中的某個頻率的單邊帶調(diào)制， 然后對該頻率的微波功率進行檢測。多頻率微波信號通過相位調(diào)制器調(diào)制到光上，由于兩個邊帶的相位差，在高速探測器后無法探測到微波信號。利用受激布里淵散射，對該光雙邊帶相位調(diào)制信號進行光學(xué)處理實現(xiàn)選擇性的光單邊帶調(diào)制信號時，微波功率可以被檢測。此時的掃頻頻率與光纖的布里淵頻移之間的頻差就是該未知微波信號的頻率。通過掃頻信號與微波功率監(jiān)測的同步，就可以得到不同掃描頻率與微波功率的關(guān)系圖。將有微波功率時的掃頻信號頻率減去色散位移光纖的布里淵頻移，就可以得到待測微波信號的各個頻率 fn息ο如圖1所示，DFB激光器1發(fā)射的光經(jīng)光耦合器2分成兩路，一路光信號經(jīng)第一偏振控制器3-1傳入馬赫-曾德爾調(diào)制器5，掃頻信號fs經(jīng)馬赫-曾德爾調(diào)制器電輸入端，在馬赫-曾德爾調(diào)制器5上實現(xiàn)對掃頻信號fs的雙邊帶載波抑制調(diào)制，調(diào)制后的光信號接摻鉺光纖放大器7調(diào)整其功率，由光環(huán)行器9的1 口反向傳輸?shù)缴⑽灰乒饫w8上，另一路光信號經(jīng)第二偏振控制器3-2傳入電光相位調(diào)制器4，待測微波信號經(jīng)電光相位調(diào)制器4的電輸入端輸入電光調(diào)制器4中，實現(xiàn)對待測微波信號的相位調(diào)制，調(diào)制后光信號接隔離器6經(jīng)色散位移光纖8傳輸，在色散位移光纖8中，正向傳輸?shù)膶Υ郎y微波信號的相位調(diào)制信號與反向傳輸?shù)膾哳l信號的雙邊帶載波抑制調(diào)制信號相遇，當(dāng)待測微波信號中的某一頻率與掃頻信號的頻差等于色散位移光纖的布里淵頻移時，就會發(fā)生受激布里淵散射，產(chǎn)生布里淵增益譜與損耗譜。由于該微波頻率的士 1階邊帶分別處于布里淵增益譜與損耗譜中，所以其中一個邊帶放大、另一邊帶衰減，從而實現(xiàn)對于該頻率微波信號的單邊帶調(diào)制。該調(diào)制信號經(jīng)環(huán)形器9的3 口輸出，經(jīng)光高速探測器10接微波檢波器11探測其微波功率，后接入數(shù)字示波器12顯示微波功率的變化。整個過程中掃頻信號的掃描與數(shù)字示波器要求同步，從而可以得到不同掃描頻率與微波功率的關(guān)系圖。一般情況下，微波信號經(jīng)電光相位調(diào)制器調(diào)制后，其士1階邊帶的相位差為η，該特點使得兩邊帶與光載波拍頻時解調(diào)的電信號相互抵消，經(jīng)過光高速探測器檢測是無法得到微波功率的。當(dāng)微波檢波器12上可檢測到微波功率時，說明光纖中發(fā)生了受激布里淵散射，并由此實現(xiàn)了該頻率微波信號的單邊帶調(diào)制， 此時掃頻信號的頻率fs與光纖的布里淵頻移fs之間的頻差就是該未知微波信號的頻率。 因此，通過掃頻信號的掃描與微波功率的同步監(jiān)測就可以得到不同掃描頻率與微波功率的關(guān)系圖，從而可以得到待測微波信號的所有頻率信息。通過受激布里淵散射對雙邊帶調(diào)制信號進行光學(xué)處理得到光單邊帶調(diào)制掃頻信號并實現(xiàn)微波頻率測量的原理見圖2。圖中f。光載波信號；fs 掃頻信號；fb 光纖的布里淵頻移。(a)顯示的是載波抑制的雙邊帶調(diào)制掃頻信號，(b)顯示的是未知多頻率微波信號經(jīng)過相位調(diào)制后的頻譜(這里，我們假設(shè)該信號有2個頻率ful，fj。當(dāng)該相位調(diào)制信號與掃頻信號在(上邊帶作為泵浦波，下邊帶作為斯托克斯波)色散位移光纖(DSF)相向傳播時，如果掃頻頻率fs和未知微波信號的一個頻率ful的頻率差等于色散位移光纖的布里淵頻移fb時，那么就會發(fā)生受激布里淵散射。如圖2中(c)所示，處于布里淵增益譜中f。+ful 的光波就會被頻率為f。+fs的泵浦波放大，而處于布里淵損耗譜中頻率為f。_ful的光波得到削弱，從而得到對微波頻率ful的單邊帶調(diào)制。當(dāng)該相位調(diào)制信號經(jīng)環(huán)形器輸出經(jīng)光高速探測器探測后，產(chǎn)生頻率為ful的微波信號，因此可以在微波檢測器上檢測到其功率。當(dāng)微波功率檢測器上檢測到功率時，表明光纖中發(fā)生過了受激布里淵散射，并由此實現(xiàn)了該頻率微波信號的單邊帶調(diào)制，那么此時的掃頻頻率fs與光纖的布里淵頻移fb之間的頻差就是未知微波信號的頻率。測量多頻微波信號頻率信息時，同步掃頻信號fs和微波功率的檢測，可以得到掃頻信號頻率與微波功率的關(guān)系圖。通過計算圖中可檢測到微波功率時的掃頻頻率 fs與光纖的布里淵頻移fb之間的頻差，實現(xiàn)多頻率微波信號的頻率測量。由于布里淵增益譜的帶寬低至幾十MHz，因此本發(fā)明在測量多頻微波信號時可以達到很高的分辨率。
權(quán)利要求
1.利用受激布里淵散射的多頻微波信號的頻率測量裝置，包括DFB激光器、1X2光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、電光相位調(diào)制器、色散位移光纖、馬赫-曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、環(huán)形器、隔離器和光高速探測器、微波檢波器、數(shù)字示波器，其特征在于DFB激光器的輸出端與1X2光I禹合器的輸入端光連接，1X2光I禹合器的一個輸出端與第一偏振控制器的一端光連接，第一偏振控制器的另一端與馬赫-曾德爾調(diào)制器光輸入端光連接，馬赫-曾德爾調(diào)制器光輸出端與摻鉺光纖放大器輸入端光連接，摻鉺光纖放大器輸出端與環(huán)形器的I 口光連接；I X2光f禹合器的另一個輸出端與第二偏振控制器的一端光連接，第二偏振控制器的另一端與電光相位調(diào)制器光輸入端光連接，電光相位調(diào)制器光輸出端與隔離器的輸入端光連接，隔離器的輸出端與色散位移光纖一端光連接，色散位移光纖另一端與環(huán)形器的2 口光連接；環(huán)形器的3 口與光高速探測器輸入端光連接，光電高速探測器輸出端與微波檢波器電連接，微波檢波器輸出端與數(shù)字示波器電連接；掃頻信號輸入至馬赫-曾德爾調(diào)制器電信號端，待測微波信號輸入至電光相位調(diào)制器電輸入端。
2.利用權(quán)利要求I所述的裝置進行頻率測量方法，其特征在于DFB激光器發(fā)射的光經(jīng)光耦合器分成兩路，一路經(jīng)第一偏振控制器傳入馬赫-曾德爾調(diào)制器，掃頻信號fs經(jīng)馬赫-曾德爾調(diào)制器電輸入端，在馬赫-曾德爾調(diào)制器上實現(xiàn)對掃頻信號的雙邊帶載波抑制調(diào)制，調(diào)制后的光信號接摻鉺光纖放大器調(diào)整其功率，由光環(huán)行器I 口反向傳輸?shù)缴⑽灰乒饫w上，另一路經(jīng)第二偏振控制器傳入電光相位調(diào)制器，待測微波信號經(jīng)電光相位調(diào)制器電輸入端輸入電光調(diào)制器中，實現(xiàn)對待測微波信號的相位調(diào)制，調(diào)制后光信號接隔離器經(jīng)色散位移光纖傳輸，在色散位移光纖中，正向傳輸?shù)拇郎y微波信號的相位調(diào)制信號與反向傳輸?shù)膾哳l信號的雙邊帶載波抑制調(diào)制信號相遇，當(dāng)待測信號中的某一個微波頻率與掃頻信號的頻差等于色散位移光纖的布里淵頻移時，就會發(fā)生受激布里淵散射，產(chǎn)生布里淵增益譜與損耗譜，實現(xiàn)對于該微波頻率信號的單邊帶調(diào)制；該單邊帶調(diào)制信號經(jīng)環(huán)形器輸出，接光高速探測器后由微波檢波器測量其微波功率，后接數(shù)字示波器顯示；整個過程中掃頻信號的掃描與數(shù)字示波器要求同步，從而可以得到不同掃描頻率與微波功率的關(guān)系圖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用受激布里淵散射實現(xiàn)多頻微波信號頻率測量的裝置及方法。目前基于微波光子學(xué)對微波頻率測量的研究基本只適用于單頻微波信號，并且分辨率有限。本發(fā)明把待測的多頻微波信號相位調(diào)制到光上，利用受激布里淵散射通過一個掃頻的載波抑制雙邊帶信號對該相位調(diào)制雙邊帶信號進行光學(xué)處理得到選擇性的單邊帶光調(diào)制信號，同時同步掃頻信號與調(diào)制信號微波功率的探測。當(dāng)有微波功率可以被檢測時，此時掃頻頻率與光纖布里淵頻移之間的頻差就是未知微波信號的頻率。本發(fā)明繼承了微波光子測量的一般優(yōu)勢，可以測量包含多頻率信息的微波信號的所有頻率信息，同時具有很高的分辨率。
文檔編號H04B10/08GK102546007SQ20111045502
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者池灝, 潘敏, 章獻民, 鄭史烈, 金曉峰 申請人:浙江大學(xué)