一種線性調(diào)頻微波信號(hào)生成方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種線性調(diào)頻微波信號(hào)生成方法及裝置，屬于微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 線性調(diào)頻微波信號(hào)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中W提高雷達(dá)的探測距離及探測 精度。時(shí)寬帶寬積是線性調(diào)頻微波信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù)之一。特別的，大時(shí)寬帶寬積的線性調(diào)頻 微波信號(hào)在雷達(dá)接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮時(shí)能夠獲得更高的距離分辨率。同時(shí)大時(shí)寬的線性 調(diào)頻信號(hào)，有助于降低對雷達(dá)發(fā)射設(shè)備的峰值功率要求，因而能夠有效提高雷達(dá)系統(tǒng)的作 用距離。隨著現(xiàn)代通信與雷達(dá)等系統(tǒng)的快速發(fā)展，如何產(chǎn)生高頻、大時(shí)寬帶寬積的線性調(diào)頻 微波信號(hào)成為雷達(dá)系統(tǒng)亟需解決的問題。
[0003] 傳統(tǒng)的線性調(diào)頻信號(hào)通過電子技術(shù)產(chǎn)生，但信號(hào)的帶寬較小，中屯、頻率較低，時(shí)寬 帶寬積非常有限，難W滿足未來通信與雷達(dá)系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中通常需要帶寬和 中屯、頻率達(dá)到數(shù)G化至IOG化W上，時(shí)寬帶寬積達(dá)到數(shù)百至數(shù)萬的微波信號(hào)。與傳統(tǒng)電子技 術(shù)相比，微波光子技術(shù)具有頻率高、帶寬大、損耗低、體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，受 到人們的高度重視。近年來，研究人員提出了多種基于微波光子技術(shù)的線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生 方法，但目前運(yùn)些方法均存在各自的問題:一、通過在光脈沖或者光載波上引入二次相位系 數(shù)，再與另一光載波在光電探測器中拍頻可W產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)（參見[H.Gao,C丄ei, M.Chen，F(xiàn).Xing，H.Chen and S.Xie，"A simple photonic generation of linearly chirped microwave pulse with large time-bandwidth product and high compressing ratio，"Opt.E邱ress，vol?21，no?20，PP?23107-23115, Sep.2013?]及[W丄i， F.Kong，J.Yao. ('Arbitrary microwave waveform generation based on a tunable optoelectronic osciIIator，，，Journal of Lightwave Technology，vol.31，no.23， pp. 3780-3786 ,Dec. 2013.])，但是該方法產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)寬只有幾 ns至10ns量 級，相應(yīng)的時(shí)寬帶寬積通常不超過100;二、基于頻譜整形和頻時(shí)映射方法產(chǎn)生線性調(diào)頻信 號(hào)（參見[C.Wang and J.P.Yao, ('Photonic generation of chirped microwave pulses using superimposed chirped fiber Brsgg gr曰tings IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 20，no. 11，pp. 882-884 Jun. 2008.])，同樣該方法得到的線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)寬只有納秒 量級，并且該方法產(chǎn)生信號(hào)的中屯、頻率及帶寬等參數(shù)難W調(diào)諧;=、基于掃頻激光器與另一 固定波長的激光器拍頻產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)（參見[Jhih-Min Wun,化ia-化ien Wei Jyehong Chen,Chee Seong Goh,S.Y.Set,and Jin-Wei Shi,"Photonic chirped radio-frequency generator with ultra-fast sweeping rate and ultra-wide sweeping range,'' Opt .Express，vol. 21，no. 9，pp. 11475-11481 ,May. 2013.])，該方法中掃頻激光器在掃頻速 率較高時(shí)掃頻帶寬明顯變窄，且掃頻激光器掃頻時(shí)線寬會(huì)嚴(yán)重惡化和兩激光器產(chǎn)生的光信 號(hào)不相干，因此所產(chǎn)生微波信號(hào)純度很差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，基于微波光子技術(shù)，提供一 種線性調(diào)頻的微波信號(hào)生成方法及裝置，可產(chǎn)生具有大時(shí)寬帶寬積，并且時(shí)寬、帶寬及中屯、 頻率均可調(diào)諧的線性調(diào)頻信號(hào)。
[0005] 本發(fā)明具體采用W下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0006] -種線性調(diào)頻微波信號(hào)生成方法，將幅度可調(diào)制的直流光信號(hào)作為光注入式半導(dǎo) 體激光器的注入光信號(hào)；調(diào)制所述直流光信號(hào)的幅度，使其隨時(shí)間線性變化，并使得所述光 注入式半導(dǎo)體激光器工作在單周期振蕩態(tài)，將此時(shí)所述光注入式半導(dǎo)體激光器的輸出光信 號(hào)轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)，該微波信號(hào)即為線性調(diào)頻微波信號(hào)。
[0007] 優(yōu)選地，通過調(diào)整注入?yún)?shù)和/或所述直流光信號(hào)與光注入式半導(dǎo)體激光器自由 運(yùn)行輸出頻率之間的頻率失諧，使得所述光注入式半導(dǎo)體激光器工作在單周期振蕩態(tài)。
[0008] 進(jìn)一步地，該方法還包括:通過對所述直流光信號(hào)的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使得所述光 注入式半導(dǎo)體激光器獲得最大的注入效率。
[0009] 進(jìn)一步地，該方法還包括:通過調(diào)整注入?yún)?shù)的變化范圍，來改變所產(chǎn)生線性調(diào)頻 微波信號(hào)的帶寬。
[0010] 進(jìn)一步地，該方法還包括:通過調(diào)整所述幅度隨時(shí)間線性變化的直流光信號(hào)的持 續(xù)時(shí)間，來改變所產(chǎn)生線性調(diào)頻微波信號(hào)的時(shí)寬。
[0011] 進(jìn)一步地，該方法還包括:通過調(diào)整未對直流光信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)制時(shí)的初始注 入?yún)?shù)及直流光信號(hào)與光注入式半導(dǎo)體激光器自由運(yùn)行輸出頻率之間的頻率失諧，來改變 所產(chǎn)生線性調(diào)頻微波信號(hào)的工作頻段或中屯、頻率。
[0012] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可W得到W下技術(shù)方案：
[0013] -種線性調(diào)頻微波信號(hào)的生成裝置，包括：
[0014] 光注入模塊，用于生成幅度可調(diào)制的直流光信號(hào)；
[0015] 光注入式半導(dǎo)體激光器，其可工作在單周期振蕩態(tài)；
[0016] 光電探測器，用于將所述光注入式半導(dǎo)體激光器的輸出光信號(hào)轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)； 光環(huán)行器，其包括沿光傳輸方向依次相鄰排布的第一~第=端口，第一~第=端口分別與 光注入模塊的輸出端、光注入式半導(dǎo)體激光器的輸出端、光電探測器的輸入端連接。
[0017] 優(yōu)選地，所述光注入模塊包括：
[0018] 光源，用于產(chǎn)生直流光信號(hào)；
[0019] 光幅度控制器，其光信號(hào)輸入端與光源連接，用于調(diào)制光源所產(chǎn)生直流光信號(hào)的 幅度，并可將所述直流光信號(hào)的幅度調(diào)制為隨時(shí)間線性變化；
[0020] 控制信號(hào)產(chǎn)生器，其輸出端與光幅度控制器的控制信號(hào)輸入端連接，用于產(chǎn)生驅(qū) 動(dòng)光幅度控制器所需的控制信號(hào)。
[0021] 進(jìn)一步地，所述光注入模塊還包括連接于光幅度控制器的輸出端與光環(huán)行器的第 一端口之間的偏振控制器，用于對光幅度控制器所輸出的幅度調(diào)制直流光信號(hào)的偏振態(tài)進(jìn) 行控制。
[0022] 優(yōu)選地，所述光幅度控制器為電光幅度調(diào)制器，或電光馬赫曾德爾調(diào)制器，或電光 偏振調(diào)制器，或電吸收調(diào)制器。
[0023] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明無需高速電光調(diào)制器，對所用光幅度控制器的調(diào)制帶寬需求不超過 IOOMHz ;無需掃頻激光器，僅需普通的直流光光源和光注入式半導(dǎo)體激光器;無需高速率的 控制信號(hào)，能利用原始的低頻低速控制信號(hào)(低于IOOMHz)作為系統(tǒng)輸入直接產(chǎn)生線性調(diào)頻 微波信號(hào);具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)成本低廉的優(yōu)點(diǎn)；
[0025] (2)本發(fā)明可產(chǎn)生高頻(數(shù)GHz至數(shù)十細(xì)Z )、大帶寬(數(shù)細(xì)Z至數(shù)十細(xì)Z )、大時(shí)寬帶寬 積(數(shù)萬至數(shù)十萬）的線性調(diào)頻微波信號(hào)；
[0026] (3)本發(fā)明所產(chǎn)生的線性調(diào)頻微波信號(hào)的時(shí)寬、帶寬及中屯、頻率均可調(diào)諧。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明線性調(diào)頻微波信號(hào)生成裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2本發(fā)明線性調(diào)頻微波信號(hào)生成裝置一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明線性調(diào)頻微波信號(hào)生成裝置的原理示意圖：
[0030] 圖4為測得的輸出微波信號(hào)頻率與注入?yún)?shù)C的關(guān)系；
[0031] 圖5為產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域波形；
[0032] 圖6為依據(jù)希爾伯特變換提取出的瞬時(shí)頻率信息；
[0033] 圖7為計(jì)算出的自相關(guān)函數(shù)信息。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的思路是將幅度可調(diào)制的直流光信號(hào)作為光注入式半 導(dǎo)體激光器的注入光信號(hào)，并使得光注入式半導(dǎo)體激光器工作在單周期振蕩態(tài)，此時(shí)光注 入式半導(dǎo)體激光器輸出光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的微波信號(hào)頻率在很大范圍內(nèi)與注入?yún)?shù)成 線性關(guān)系，運(yùn)樣既可通過將注入直流光信號(hào)的幅度調(diào)制為隨時(shí)間線性變化，從而獲得具有 大時(shí)寬帶寬積的線性調(diào)頻微波信號(hào)，并可很方便地對所產(chǎn)生線性調(diào)頻微波信號(hào)的時(shí)寬、帶 寬及中屯、頻率進(jìn)行調(diào)諧。
[0035] 根據(jù)上述思路可得到本發(fā)明的線性調(diào)頻微波信號(hào)生成裝置，如圖1所示，該裝置包 括：
[0036] 光注入模塊，用于生成幅度可調(diào)制的直流光信號(hào)；
[0037] 光注入式半導(dǎo)體激光器，其可工作在單周期振蕩態(tài)；
[0038] 光電探測器，用于將所述光注入式半導(dǎo)體激光器的輸出光信號(hào)轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)； 光環(huán)行器，其包括沿光傳輸方向依次相鄰排布的第一~第=端口，第一~第=端口分別與 光注入模塊的輸出端、光注入式半導(dǎo)體激光器的輸出端、光電探測器的輸入端連接。
[0039] 為了便于公眾理解，下面W本發(fā)明線性調(diào)頻微波信號(hào)生成裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例 來對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040] 圖2顯示了本發(fā)明線性調(diào)頻微波信號(hào)生成裝置一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，其包括:光 注入模塊、光注入式半導(dǎo)體激光器、光電探測器、光環(huán)行器。
[0041] 如圖2所示，本實(shí)施例中的光注入模塊包括:可產(chǎn)生直流光信號(hào)的激光器1、光幅度 控制器、控制信號(hào)發(fā)生器。所述光幅度控制器的光信號(hào)輸入端與激光器1連接，用于調(diào)制激 光器1所產(chǎn)生直流光信號(hào)的幅度;該光幅度控制器為可實(shí)現(xiàn)通過電控制對輸入光信號(hào)的幅 度進(jìn)行控制的電光器件，例如可W采用現(xiàn)有的電光幅度調(diào)制器、電光馬赫曾德爾調(diào)制器、電 光偏振調(diào)制器、電吸收調(diào)制器等?？刂菩盘?hào)發(fā)生器的輸出端與光幅度控制器的控制信號(hào)輸 入端連接，用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)光幅度控制器所需的控制信號(hào)。通過設(shè)置合適的控制信號(hào)發(fā)生器 輸出控制信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)光幅度控制器將直流光信號(hào)的幅度調(diào)制為隨時(shí)間呈線性變化。由于 考慮到所注入直流光信號(hào)的偏振態(tài)對于注