[发明专利]一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置及方法

权利要求书

1.一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置，其特征在于，所述基于多频相位调制的单边带频谱产生装置包括窄线宽的激光源、电光调制器、光谱测量系统、任意波形发生器以及射频信号放大器；

所述窄线宽的激光源的输出光纤与电光调制器的输入端相连，将所述窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中；

所述射频信号放大器的输入端连接任意波形发生器，射频信号放大器的输出端与所述电光调制器相连，所述电光调制器的输出端接入光谱测量系统；任意波形发生器产生多频调制电信号，经过射频信号放大器进行放大，然后传送到电光调制器；电光调制器根据多频调制电信号对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制，输出调制后的光信号到光谱测量系统中。

2.根据权利要求1所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置，其特征在于：所述光谱测量系统为光谱分析仪、频谱分析仪或扫描法珀干涉仪。

3.根据权利要求1所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置，其特征在于：所述窄线宽的激光源由窄线宽半导体激光器提供。

4.一种利用权利要求1所述装置产生单边带频谱的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、将窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中；

步骤二、基于光谱分析反向计算得到多频调制电信号波形，根据计算结果设定任意波形发生器产生相应的多频调制电信号；

步骤三、所述多频调制电信号先经过射频信号放大器进行放大，然后传送到电光调制器；电光调制器在经过射频信号放大器放大的多频调制电信号的驱动下对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制，单频信号被调制；

步骤四、将调制后形成的光信号输出到光谱测量系统中进行光谱结构分析；原来单频信号的单根光谱线分裂成多根光谱线，其中一根光谱线的强度远大于其它谱线的强度，光谱呈现出单边带结构。

5.根据权利要求4所述产生单边带频谱的方法，其特征在于，步骤二中计算得到多频调制电信号波形的过程包括：

步骤二一、多频调制电信号m(t)的基频为f_m，对m(t)作傅里叶级数展开则有：

式(1)中γ_k和φ_k分别为多频调制电信号中k次谐波的调制指数和初相位，t表示时间；

步骤二二、设多频调制电信号波形γ_k＝0、φ_k＝0，多频调制电信号波形即k次谐波的调制指数γ_k和初相位φ_k的取值组合；

步骤二三、忽略多频调制电信号中的直流分量，即直流分量γ₀＝0，单频信号被调制后的的时域表达式为：

其中，f_c为窄线宽的激光源输出的单频信号的频率，j为虚数单位；E(t)指的是调制后光信号的振幅；

对式(2)右边作傅里叶级数展开得：

其中，n₁、n₂、n_k为(-∞,∞)的整数，为贝塞尔函数；经多频相位调制后的光信号为一系列频率间隔为f_m的分立光谱线；

通过数学仿真软件计算满足式(2)和式(3)的调制后光信号的频谱结构；

步骤二四、将步骤二三得到的光谱结构与设定的目标单边带调制信号相比较，若二者误差在设定的精度要求范围内，则选取此多频调制电信号波形为计算结果；若对比误差不在精度要求范围内，则γ_k＝γ_k+0.01，即γ_k的值增加0.01，重复步骤二三～步骤二四，直至得到满足条件的多频调制电信号波形。

6.根据权利要求4所述产生单边带频谱的方法，其特征在于：多频调制电信号基频的取值为1kHz～40GHz。

7.根据权利要求6所述产生单边带频谱的方法，其特征在于：多频调制电信号基频的取值为10.8GHz。

8.根据权利要求4所述产生单边带频谱的方法，其特征在于：步骤三中施加到电光调制器上的多频调制电信号包含f_m、2f_m、...、kf_m，k个频率，k∈[2,10]，各频率组分的相位φ_k均为0。