[发明专利]一种产生激光线性调频信号的电路及方法

说明书

一种产生激光线性调频信号的电路及方法，本发明的电路包括半导体激光器、第一光功率分束器、第二光功率分束器、光学耦合器、光电探测器、跨阻放大器、鉴相器、DAC电路、DDS电路、加法器、压流转换器，由二阶Sallen‑Key环路滤波器与有源积分放大电路组成的环路滤波器。本发明的方法设计了激光线性调频系统中的环路滤波器参数，将环路滤波器产生的系统反馈信号与DAC电路产生的三角波电压信号相加，相加信号经压流转换产生驱动电流信号，驱动激光线性调频系统中的激光器产生激光线性调频信号。本发明系统的参数设计更加准确，产生的激光线性调频信号更稳定、线性度更高且带宽更宽。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及激光测量技术领域中的一种产生激光线性调频信号的电路及方法。本发明提供一种产生激光线性调频信号的电路及方法，实现高线性度的宽带宽激光线性调频信号产生，该线性调频信号可应用于高分辨激光雷达成像技术。

背景技术

激光线性调频信号具有高距离分辨率、无距离盲区等优点，实现线性度良好的宽带宽线性调频发射信号，能够有效提高激光雷达探测目标距离向的分辨率。在激光线性调频信号产生过程中，一个高带宽高滤波性能的环路滤波器对提高锁相环环路性能至关重要。针对半导体激光器产生激光信号的非线性，可以通过改进激光线性调频系统中环路滤波器的方法，来实现线性度良好的大带宽激光线性调频信号，特别是在对激光器驱动电流信号进行了预失真处理后产生的非线性信号的矫正有显著效果。

张舵在其发表的论文“半导体激光器线性调频绝对距离测量系统研究”(西安理工大学硕士学位论文2018年)中提出了一种半导体激光器线性调频信号产生方法，采用锯齿波发生电路与直流偏置电路组成激光器调制与驱动模块，通过该模块驱动激光器发射激光线性调频信号。该方法存在的不足之处是，激光器发出的线性调频信号线性度较差且调频带宽较窄，其测量精度仅为0.24mm。同时，该论文提出了一种激光器调频驱动电路，该电路的实现过程为，采用加法电路对锯齿波发生电路与直流偏置电路进行相加操作，然后经压流转换电路产生激光器的驱动电流信号，驱动激光器产生线性调频信号。该电路的不足之处是，在对半导体激光器进行电流驱动时，由于半导体自身发出光功率与电流信号的非线性关系，会使输出的激光信号产生严重的非线性失真。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种产生激光线性调频信号的方法”(专利申请号201410317540.2公布号CN 104078840 A)中提出了一种基于分布反馈半导体激光器的输出波长随注入电流变化的特性来实现大带宽的线性调频信号的方法。该方法的实现过程为，激光器输出光信号经光功率分束器、延时光纤和光学耦合器实现光信号耦合，由后级光电探测器和鉴相器得到相位比较后的信号，最后经低通滤波器与积分放大后，将积分信号与预置斜坡信号相加，驱动压流转换器使激光器产生线性调频光信号。该方法的不足之处是，在环路滤波器的设计中未考虑整体构成的锁相环结构的带宽、相位裕度等参数，导致激光线性调频系统环路滤波器和积分放大器参数在调试中的随机性。该专利中环路低通滤波器与积分放大器电路的设置相互独立，该电路的不足之处是，在对滤波输出信号进行积分处理时较难实现稳定的反馈信号输出，从而使激光器发射的激光线性调频信号不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种产生激光线性调频信号的电路及方法，解决了原有电路产生的激光线性调频信号不稳定且带宽较窄、在硬件实现中参数调试的随机性等问题。搭建了一种产生激光线性调频信号的电路，对激光相干信号进行光电探测接收，通过鉴相器输入到由二阶Sallen-Key环路滤波器与有源积分放大电路组成的环路滤波器，由加法器对反馈信号与三角波电压信号进行相加，经压流转换器产生驱动电流信号，驱动激光器实现稳定的宽带宽激光线性调频信号的产生。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：