[发明专利]一种基于双光频梳的宽带微波测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于双光频梳的宽带微波测量装置。连续激光经耦合器分成两支路，并产生相应光频梳，两路光信号再经耦合器合路后，进入波分复用器分路；通过对波分复用器输出端各个波长通道分别进行光电探测、带通滤波，最后对各个窄带拍频信号进行低速模数转换和后处理；综合分析各个波长通道即可在宽带范围内实现高精度的微波频率测量。该发明基于光子学技术，极大提高了频率测量范围，同时通过控制光频梳间的频差和带通滤波器，将信号转化为中频，简化了宽带电处理、保障了测量精度，并有效避免了信号拍频噪声；可以在宽频段范围内实现兆赫兹(MHz)量级的高精度微波信号频率测量。

技术领域

本发明涉及微波光子学、光电子技术、光学频率梳、微波检测，尤其是光子学微波测量技术。

背景技术

微波光子学技术集合了微波通信技术和光电子技术各自的优势，具有传输容量大、传输损耗低、抗电磁干扰等诸多优良特性，是近年来的研究热点。光频梳作为微波光子学技术中不可或缺的重要光源，在微波光子滤波器、全光信号处理、微波信号测量等诸多领域都有重要应用(Millot G,Pitois S,Yan M,et al. Frequency-agile dual-combspectroscopy[J].Nature Photonics,2016,10(1):27.)。

实时微波频率测量在现代军事和民用电子系统的微波信号处理中都具有十分重要的作用，但基于传统电子技术的频率扫描式传统测频方案(Gale P M, McMillan M,Gagnon A.Apparatus for measuring the frequency of microwave signals:U.S.Patent 4,859,934[P].1989-8-22.)越来越无法满足现代通信和雷达等系统大频率范围内测量的需要。而随着光子学技术的不断发展，基于光子技术的微波频率测量方案(ZouX,Lu B,Pan W,et al.Photonics for microwave measurements[J].LaserPhotonicsReviews,2016,10(5):711-734.)不仅能够实现宽带、实时微波频率测量，同时还具有损耗低、抗电磁干扰等优良特性。目前，基于光子技术的频率测量方案主要有两种：基于波分复用器等信道器的频段分割 (Winnall S T,Lindsay A C,Austin M W,et al.A microwavechannelizer and spectroscope based on an integrated optical Bragg-gratingFabry-Perot and integrated hybrid Fresnel lens system[J].IEEE transactions onmicrowave theory and techniques, 2006,54(2):868-872.)和基于微波功率或光功率检测的测量方案(Chi H,Zou X, Yao J.An approach to the measurement of microwavefrequency based on optical power monitoring[J].IEEE photonics technologyletters,2008,20(14):1249-1251.)；频段分割法一般采用波分复用器、相移光栅阵列等信道器将大频率范围分割为多个窄频率范围，再在窄频带范围内进行观测分析，但受到信道滤波带宽(一般在 GHz以上)等因素的限制，一般只能大致确定微波频率所处的波段，而不能实现精确到MHz的微波频率测量；功率检测法可以基于色散效应、微波延时线等结构来实现，该方案一般可以实现高精度的频率测量且成本相对低廉，但是测量范围很小，测量结果容易受到微波功率等因素的干扰。

发明内容

本发明拟解决的问题是，依托光子学技术在测量微波信号中的宽频段优势，克服基于信道器的频率分割方案无法实现高精度频率测量的不足，提供一种基于双光频梳的宽带高精度频率测量装置，精度可以达到MHz量级。

本发明的目的还在于为以上方法的实施提供核心装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：