[发明专利]全光可调谐宽带线性调频信号的产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子学和雷达领域，具体是一种全光可调谐宽带线性调频信号的产生装置。

背景技术

线性调频信号是现代雷达体制中经常采用的信号波形之一，具有大带宽的线性调频信号能够用来提高雷达的距离分辨率。现有的基于电子的任意波形发生器因受限于电子瓶颈，带宽通常比较窄。相比之下，基于光子方法产生的线性调频信号能够提供比传统的电学方法大得多的带宽，且拥有低损耗、抗电磁干扰等一系列优点，可以用来提高雷达的性能。

基于光子的宽带线性调频信号产生方法主要包括基于空间光的方法、基于相位调制或偏振调制的方法、波长-时间映射的方法和时域脉冲整形的方法等(参见J.Yao,“Photonic generation of microwave arbitrary waveforms,”Optics Communications,vol.284,no.15,pp.3723-3736,2011.)。其中，波长-时间映射的方法因有良好的可调谐性而更具吸引力。加拿大研究者曾提出基于光纤布拉格光栅和波长-时间映射的方法(参见R.Ashrafi,Y.Park,and J.“Fiber-based photonic generation of high-frequency microwave pulses with reconfigurable linear chirp control”,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,vol.58,no.11,pp.3312-3319,2010.)。此方案的缺点是中心频率的调谐是以脉冲持续时间的减少为代价的，且带宽也不能简单灵活地控制。清华大学曾提出连续光与锁模激光器拍频的方法(参见H.Gao,C.Lei,M.Chen,F.Xing,H.Chen,and S.Xie,“A simple photonic generation of linearly chirped microwave pulse with large time-bandwidth product and high compression ratio”,Optics Express,vol.21,no.20,pp.23107-23115,2013.)。其缺点是使用的两个独立激光器的不相关性会造成产生信号的不稳定。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种全光可调谐宽带线性调频信号的产生装置，该装置只使用一个锁模激光器作为光源，避免了因为独立激光器非相关性而导致的产生信号的不稳定。本发明利用波长-时间映射的原理，通过调节第一光滤波器、第二光滤波器的中心波长和滤波带宽，可以实现产生的线性调频信号的中心频率、扫频带宽都能简单灵活的可调谐。相比于其他方案，本发明的方法在产生宽带线性调频信号方面有巨大优势。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种全光可调谐宽带线性调频信号的产生装置，特点在于其构成包括锁模激光器、第一光耦合器、第一光滤波器、第一色散模块、第二光滤波器、第二色散模块、可调延时模块、第二光耦合器、光放大器和光电探测器；上述元部件的位置关系如下：

沿所述的锁模激光器的输出光束方向是所述的第一光耦合器，该第一光耦合器将输入光束分为第一光束和第二光束，沿所述的第一光束依次是所述的第一光滤波器、第一色散模块和第二光耦合器，沿所述的第二光束依次是所述的第二光滤波器、第二色散模块、可调延时模块和第二光耦合器；所述的第二光耦合器将第一光束和第二光束合并，该第二光耦合器的输出方向依次是所述的光放大器和光电探测器。

利用上述装置进行全光宽带线性调频信号产生，其信号调节方式包括：

①改变第一光滤波器和第二光滤波器的中心波长差，以改变产生的宽带线性调频信号的中心频率，从而产生上升调频、下降调频、先下降调频后上升调频三种形式的波形；

②调节第一光滤波器、第二光滤波器的滤波带宽，以改变产生的线性调频信号的脉冲持续时间、带宽以及相应的时间带宽积；

③改变第一色散模块、第二色散模块的色散量，以改变产生的宽带线性调频信号的扫频斜率。

本发明的工作原理如下：

第一光束和第二光束经过不同色散的超短光脉冲信号的表达式为：

其中，