[实用新型]一种高精度可调谐的瞬时频率测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及微波光子学领域，具体地讲是一种高精度可调谐的瞬时频率测量系统。 

背景技术

引入微波光子学的瞬时微波频率测量(IFM，instantaneous frequency measurement)系统相较传统电子学方法具有其独特优势：1)测量范围受带宽限制较小，可以实现小型化超宽带微波信号的分析和检测；2)具有抗电磁干扰特性，可以提高测量的隐秘性。因此，基于微波光子学的应用研究成为近年来国内外的一大研究热点。在设计一个瞬时频率测量系统时需要考虑以下几个因素：1.测量范围大；2.测量精度高；3.稳定性高。目前已提出的基于微波光子学的IFM系统按工作原理可大致分为频率-空间映射、频率-时间映射和频率-幅度映射三类。其中频率-幅度映射是目前研究中最有效的一种实现方式。比如加拿大学者S.Pan等人提出的基于偏振调制器和偏振保持光纤构成微波光子滤波器的IFM系统(Instantaneous Microwave Frequency Measurement Using a Photonic Microwave Filter Pair,IEEE Photonics Technology Letters,vol.22,pp.1437-1439,2010)，但是该方案的测量范围相对固定且测量精度无法控制。加拿大学者X.Zou等人提出了一种利用双波长调制及光滤波的测量范围及精度可调实现方案(An Optical Approach to Microwave Frequency Measurement With Adjustable Measurement Range and Resolution,IEEE Photonic Technology Letters,vol.20,pp.1989-1991,2008)，但是存在测量范围太小的问题。中科院学者W.Li等人提出的基于一个双平行马赫曾德调制器和一个双驱动马赫曾德调制器的可重构IFM系统(Reconfigurable instantaneous frequency measurement system based on dual-parallel Mach-Zehnder modulator,IEEE Photonics Journal,vol.4,pp.427-436, 2012)虽然能获得较大测量范围和较高精度，但是需要解决调制器的偏置电压漂移问题。南京航空航天大学的H.Zhang等人则提出了一种利用光偏振调制及偏振敏感效应的方案一(Instantaneous frequency measurement with adjustable measurement range and resolution based on polarisation modulator,Electronics Letters,vol.49,pp.277-279,2013)，但是该方案较复杂，稳定性降低，且需要对功率进行动态平衡。本研究所的J.L等人在此研究基础上，提出了一种具有单光源无滤波结构的IFM方案二(Performance analysis on an instantaneous microwave frequency measurement with tunable range and resolution based on a single laser source,Optics&Laser Technology,vol.63,pp.54-61,2014.)，简化了结构并且不需要考虑光功率的动态平衡问题。但是该系统采用的是一段短色散补偿光纤，否则会在光纤内部产生偏振干涉等，对测量结果造成影响。实际应用中，会经常面临传输距离较长的情况，并且单模光纤更为常见。为此，设计一种高精度可调谐的瞬时频率测量系统是十分必要的 

实用新型内容

本实用新型是提出一种结构较简单的高精度可调谐的瞬时频率测量系统。方案采用单光源以及后置的单模光纤，其结构与方案一、二有所区别，本系统采用偏置调制器作为关键器件，利用偏振控制器、偏置电压源和偏振分束器来控制光的偏振状态，通过控制单模光纤的色散参数，并对入射偏振角α进行调节，最终获得了输出功率比可调谐的ACF函数曲线，且可以最大限度降低IFM系统实现的难度：1)采用单光源可以消除光功率抖动的影响；2)去掉了滤波器的结构更加简化，也有助于消除光源中心波长漂移的影响；3)在测量范围和精度的调谐过程中不需要考虑光功率的动态平衡问题，调节效果更佳。本瞬时频率测量系统可以对频率范围2GHz～18.2GHz的微波信号频率测量，具有很高的商用价值。 

本实用新型的技术方案：