[发明专利]一种任意波形发生器及任意波形产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种任意波形发生器，还涉及一种任意波形产生方法。

背景技术

信号发生技术是国民经济建设、国防建设和科学研究的重要技术基础，在高速光通信、计量科学以及基础研究等领域都有着重要的应用。作为信号发生技术的代表，任意波形发生器是近年来飞速发展起来的一类通用信号源，与传统信号源相比，任意波形发生器的最大优势是在于其产生信号的方式灵活，不仅能产生正弦波、方波等标准信号，同时具有输出频率稳定度和分辨率高，频率切换速度快，并且切换时波形相位连续等优点，可广泛应用于水下声纳、通信、雷达导航以及生物医学模拟等领域，具有广阔的市场前景。

目前任意波形发生技术主要有直接式频率合成技术、锁相环频率合成技术以及直接数字频率合成技术这三种。上述各技术方案具体情况如下：

直接频率合成技术：所谓直接频率合成技术，就是用倍频、分频和混频电路对一个或几个基准频率进行加、减、乘和除的运算，产生所需要的频率信号，并通过窄带滤波器选出后混频合成任意波形信号，这是最先出现的一种合成器类型的任意波形信号源。这种频率合成器原理简单，易于实现，但是寄生信号输出大，输出波形质量不高，需要大量的模拟元件，结构复杂，体积大，成本高，并且无法产生高频波段的任意波形信号。

锁相环频率合成技术：又称间接式频率合成技术，这种合成方法所使用的电路较直接式频率合成简单，它主要是将含有噪声的振荡器放在锁相环路内，使它的相位锁定在希望的信号上，从而使振荡器本身的噪声被抑制，使它的输出频谱大大提纯。锁相频率合成技术提供了一种单一参考频率获得大量稳定的输出频率的方法，电路结构简单，成本较低，但这种技术存在固有缺点，由于它采取闭环控制的，系统的输出频率改变后，重新达到稳定的时间也就比较长，因此无法同时得到较高的频率分辨率和转换率，同时也无法产生高频波段的任意波形信号。

直接数字频率合成技术：这是近年来出现的一种频率合成器的新方法，它与直接频率合成技术和锁相环频率合成技术等传统频率合成的方法不同，是通过控制输出波形信号的相位合成所需的波形。直接数字频率合成技术采用高速波形数据存储器、高速D／A转换器以及奇偶数据选择电路，并应用了全数字的大规模集成技术，具有体积小、价格低、频率分辨率高、快速换频，易于智能控制等优点，近年来发展较快，备受青睐，基于这种技术，目前已有可以产生输出最高800MHz的任意波形信号的报道，但这种技术受到了采样率、存储容量、相位精密调节以及高速A／D和D／A转换速率的限制，无法实现微波及毫米波高频波段的任意波形信号输出功能。

目前任意波形合成技术中的研究热点和关键技术集中在了提高采样率、改善输出波形质量、提高存储容量、多通道同步、相位精密调节等方面，这些关键技术由于受到电子学瓶颈的限制，极大地制约着高速任意波形合成技术以及相关测试仪器的发展和应用。此外任意波形发生技术中涉及到的数字信号处理生成方法，也会受到高速A／D和D／A转换速率的限制，能够生成的复杂波形信号其最高频率也只能达到百兆赫兹的量级，因此，基于现有技术的“任意波形发生器”并非真正意义上的任意波形发生器，还无法实现短波及毫米波高频波段的任意波形输出。

发明内容

本发明提出一种基于飞秒光频梳双光源结构的任意波形发生器及任意波形产生方法，解决了现有技术的任意波形发生器存在的带宽和载频电子瓶颈、无法实现短波及毫米波高频波段任意波形输出的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种任意波形发生器，包括：飞秒光频梳、频率锁定单元、脉冲激光器单元、光隔离器、光频梳齿提取单元、可调谐滤波单元、光放大单元、合波单元、偏振控制单元、光电探测单元、混频单元和计算机控制系统；

所述频率锁定单元连接飞秒光频梳和脉冲激光器单元，锁定飞秒光频梳和脉冲激光器单元的重复频率，使飞秒光频梳和脉冲激光器单元的飞秒激光脉冲在时域同步；

所述飞秒光频梳与第一光隔离器、光频梳齿提取单元和第一光放大单元通过单模光纤依次顺序连接，输出作为光学外差拍频方法产生微波毫米波信号中所需两路光信号中的参考光信号源，所述光频梳齿提取单元提取飞秒光频梳中特定频率梳齿；

所述脉冲激光器单元、第二光隔离器、可调谐滤波单元和第二光放大单元通过单模光纤依次顺序连接，输出作为光学外差拍频方法产生微波毫米波信号中所需两路光信号中光频率和光强度可调谐的信号光源；

所述合波单元、偏振控制单元、光电探测单元和混频单元依次顺序连接，合波单元接收所述参考光信号源和光频率和光强度可调谐的信号光源，混频单元输出任意波形；