[发明专利]一种光子型多频相位编码信号产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子型多频相位编码信号产生装置及方法，属于微波毫米波信号产生技术领域。

背景技术

相位编码信号由于其良好的脉冲压缩能力，可以有效提高雷达等微波毫米系统的分辨率，因此在雷达等相关领域备受关注。传统的相位编码信号产生是在电域进行的，存在工作频率范围、时间-带宽积受限等缺陷。为了克服电子学方法的缺点，人们提出了光子型相位编码信号产生。光子型相位编码信号产生方案主要包括基于空间光子学和基于全光纤器件的方案。图1给出了一种基于空间调制器的光子型相位编码信号产生装置。单个超短光脉冲被送入到一个光脉冲整形器产生一个根据任意光脉冲序列，脉冲序列中的脉冲之间的时间间隔根据所需要产生的波形进行设计；将该任意光脉冲序列注入光电转换器中，实现光子型相位编码信号的产生。(J.McKinney,D.Leaird,andA.Weiner,Millimeter-wavearbitrarywaveformgenerationwithadirectspace-to-timepulseshaper,Opt.Lett.27,1345(2002)，“基于空-时脉冲整形的毫米波任意波形产生”，光学快报，27,1345(2002))。但是该种方案由于使用了空间光子器件，系统庞大、且损耗高。基于光纤器件的方案可以解决上述问题。图2显示了一种基于光纤器件的相位编码信号产生装置，单射频信号通过马赫曾德调制器调制在单波长光源上，通过将马赫曾德调制器偏置在最小传输点，产生载波抑制的双边带调制信号，作为一对不同波长的相干光载波；将此信号通过一个萨格纳克光纤干涉仪，该干涉仪由相位调制器，光纤布拉格光栅及隔离器构成，编码控制信号调制在相位调制器上。通过光纤布拉格光栅的正、反向的分别带通、带阻的波长选择作用，输出的光信号仅有一个边带调制有相位信息，通过光电探测器后生成带有相位编码的射频信号。此方案避免了复杂的空间光学部件，然而系统中光纤布拉格光栅为波长相关器件，限制了系统的工作频率范围(Z.Li,W.Li,H.Chi,X.Zhang,andJ.Yao,Photonicgenerationofphase-codedmicrowavesignalwithlargefrequencytunability,IEEEPhoton.TechnolLett.23,712(2011)，“大范围可调谐相位编码信号的光子学产生”，IEEE光学工程快报，23,712(2011))。受益于光子器件的大带宽和低损耗，光子型相位编码信号产生具有高频、大带宽、无电磁干扰的优点。同时，产生的光信号可直接在光载射频（RoF:RadiooverFiber）系统中进行长距离传输，从而大幅增加雷达等微波毫米波系统的协同作用范围。

与此同时，多波段和多功能雷达的发展对同时多频率相位编码信号的产生提出了迫切需求，而现有的光子型相位编码产生装置难以实现同时多频率的相位编码信号产生。图3给出了一种基于上变频实现同时多频相位编码信号产生的装置（P.Ghelfi,F.Scotti,F.Laghezza,andA.Bogoni,PhasecodingofRFpulsesinphotonics-aidedfrequency-agilecoherentradarsystems,IEEEJ.QuantumElectron.48,1151(2012),“光子辅助的频率捷变相干雷达系统中的射频脉冲相位编码，”IEEE量子电子学期刊，48，1151（2012））。该方案首先在电域产生低频的相位编码信号，通过马赫曾德调制器将该低频相位编码信号调制到锁模激光器输出的多个光模式上，注入光电探测器中拍频，将在电域产生的低频相位编码信号上转换到多个中频，从而实现同时多频相位编码信号产生。该方案中的初始低频相位编码信号仍然是在电域产生的，带宽等参数仍受到电子瓶颈的限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种光子型多频相位编码信号产生装置及方法，使用单个装置实现同时多个频率上的相位编码信号产生。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种光子型多频相位编码信号产生装置，包括多频率成份光源模块和多频相位编码模块，所述多频率成份光源模块，用于提供具有多频率成份的光源；所述多频相位编码模块，用于实现多频率相位编码；

所述多频相位编码模块包括偏振调制器、编码数据产生器、偏振分束器和双平行光电探测器，其中多频率成份光源模块的输出端和偏振调制器的光输入端相连，偏振调制器的光输出端与偏振分束器的输入端相连；偏振调制器的电输入端和编码数据产生器的输出端相连接；偏振分束器的两个输出端分别与双平行光电探测器的两个输入端相连。