[发明专利]一种集成光波导微波信号频率测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种集成光波导微波信号频率测量系统及测量方法。所述测量系统包括：波长可调谐的保偏激光源、微波信号频率传感器、单模光纤、保偏光纤、光分路器、光电探测器、微控制器和电信号处理单元。本发明一方面采用集成光学的制作工艺技术在一片电光效应晶片上制作集成光波导非对称马赫增德尔干涉仪结构和电极，实现将现有微波频率测量系统中的电光调制单元和电信号处理单元进行单片集成，具有传感器体积小、测量系统结构简单、集成度高、容易实现的优点；另一方面，采用微控制器控制波长可调谐的保偏激光源的输出波长，将集成光波导微波信号频率传感器的静态工作点锁定在π，使传感器工作稳定，可用于测量复杂环境中的微波信号频率。

技术领域

本发明涉及微波测量技术领域，尤其涉及一种集成光波导微波信号频率测量系统及测量方法。

背景技术

现代国防科技的发展，使微波信号频率测量技术变得越来越重要。如何快速、准确地对微波信号频率进行测量，一直是国防等研究领域的热点。传统的微波信号频率瞬时测量技术大多采用电子学的方法，测量系统结构复杂、体积庞大、易受电磁干扰。面对当今日益复杂的电磁环境，微波信号频率不断提高(可达40GHz)，传统的测频手段已经很难满足测量需求。

以微波光子学技术为基础的微波信号频率测量系统具有响应快、带宽宽、抗干扰能力强、能够适应复杂电磁环境等优势，具有很好的应用前景。目前国内外已经研究报道了多种以微波光子技术为基础的微波信号频率测量系统。如图1所示，现有的基于微波光子学技术的微波信号频率测量系统一般包含激光源1，光纤2，电光调制器3，光信号处理单元4，传输电缆5，光电探测器6，以及电信号处理单元7，其中激光源1用于为测量系统提供光载波，电光调制器3将待测微波信号加载到光波上，再通过光信号处理单元4和电信号处理单元7，便可提取到被测微波信号的频率。

现有基于微波光子技术的微波信号频率测量系统存在的主要问题是：(1)由于测量系统包含偏振控制器、分束器、光滤波器、偏置电源等多个分离元件，造成测量系统结构复杂、体积大、集成度低、实现困难；(2)由于电光调制器的工作点容易受外界环境因素如温度的影响，致使测量系统性能很不稳定。因此，为了实现对复杂环境中微波信号频率进行准确测量，需要研究一种集成度更高、稳定性更好的微波信号频率测量技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集成光波导微波信号频率测量系统及其测量方法，测量系统具有结构简单、集成度高、体积小、稳定性高的优点，尤其适合用于测量复杂环境中的微波信号频率。

本发明的技术方案如下：一种集成光波导微波信号频率测量系统，所述测量系统包括光电探测器、传输电缆、电信号处理单元、波长可调谐的保偏激光源、保偏光纤、微波信号频率传感器、单模光纤、光分路器和微控制器，

所述微波信号频率传感器输入端经保偏光纤与保偏激光源相连接，输出端经单模光纤与光分路器相连接；光分路器将微波信号频率传感器的输出光信号分成两部分分别传递至两个光电探测器转换为电信号，其中一个光电探测器转换输出的电信号输入微控制器中，另一个光电探测器转换输出的电信号输入电信号处理单元；所述电信号处理单元通过传输电缆与光电探测器相连接。

进一步地，所述保偏激光源的中心波长为1550nm，波长可调谐范围覆盖光纤通信用C波段，输出波长受微控制器任意调控。

进一步地，所述微波信号频率传感器包括具有电光效应的晶片、两臂长度非对称的集成光波导马赫增德尔干涉仪和金属电极；在具有电光效应的晶片表面使用质子交换方法制作集成光波导马赫增德尔干涉仪，其中集成光波导马赫增德尔干涉仪包括输入Y形光波导、输出Y形光波导以及连接输入/输出Y形光波导的弯曲波导和直波导；在输入Y形光波导输入端两侧制作金属电极。

进一步地，所述具有电光效应的晶片为任意一种具有电光效应的晶体。

进一步地，所述具有电光效应的晶片为铌酸锂晶体。