[发明专利]一种宽带微波光子相位噪声测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种宽带微波光子相位噪声测量装置及方法，其包括：激光器、电光强度调制器、多个光纤耦合器、单模光纤、可调谐激光器、第一可调光纤延时线、第二可调光纤延时线、第一光电探测器、第二光电探测器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、双平衡混频器、低通滤波器和信号分析仪。利用光外差技术将高频的待测微波信号下变频为低频电信号，在电域实现滤波，从而避免了电混频器、电滤波器、电放大器和光滤波器等器件对系统测量频率的限制，拓展了相噪测量系统的工作带宽；通过匹配第一支路与第二支路的延时，抑制了本振光源噪声对相噪测量系统噪声基底的影响，从而提升系统的相噪测量灵敏度。

技术领域

本发明涉及微波源相位噪声测量、微波光子学技术领域，具体地涉及一种宽带微波光子相位噪声测量装置及方法。

背景技术

随着微波振荡器技术的不断发展，特别是能直接产生超高频、超低相噪微波信号的光电振荡器的出现[D.Eliyahu et al.,Phase noise of a high performance OEOand an ultralow noise floor cross-correlation microwave photonic homodynesystem,IEEE Symposium on Frequency Control Proceedings,811–814(2008).]，对现有的相位噪声测量技术造成了极大的挑战。基于光延时线的鉴频法是目前应用最广的测量方法，这种方法借助低损耗光纤提供的长延时，可以达到较高的相位噪声测量灵敏度。然而，在这种方案中，工作带宽通常受到电移相器，电放大器和电混频器等电子器件的限制，且在电混频之前，通常需要电放大器来保证信号的功率水平满足测量需求，这一过程本质上降低了系统的测量灵敏度。

为了解决这些问题，研究人员提出了一系列光子辅助的相位噪声测量系统，在光域实现移相及混频功能，例如，在[D.J.Zhu et al.,“Wideband phase noise measurementusing a multifunctional microwave photonic processor,”IEEEPhoton.Technol.Lett.26(24),2434-2437(2014).]中，相位噪声测量系统中的电移相器被微波光子移相器取代，在[D.J.Zhu et al.,“Phase noise measurement of widebandmicrowave sources based on a microwave photonic frequency down-converter,”Opt.Lett.40(7),1326-1329(2015).]中，提出了一种基于级联电光调制器结构的相位噪声测量系统，避免了电混频器的使用。然而，这同样带来了一个新的问题，即光滤波器的滚降斜率限制了低频信号的测量能力。

因此，为了解决电混频器，电移相器对测量带宽上限和光滤波器对测量带宽下限的限制，急需开发一种结构简单，灵敏度高，且工作带宽大的相位噪声测量方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带微波光子相位噪声测量装置及方法。

一种宽带微波光子相位噪声测量装置，包括：

光束产生模块，产生一由待测微波源的待测微波信号调制的连续光载波信号和一频率可调的本振光信号；

耦合模块，将所述本振光信号分为两路信号，分别进入第一支路和第二支路；将调制后的光载波信号分为两路信号，其中一路信号耦合进入所述第一支路得到第一耦合信号，另一路信号在引入长延时后耦合进入所述第二支路得到第二耦合信号；

第一处理模块，设置于所述第一支路中，用于在所述第一耦合信号中引入延时，以匹配第一支路与第二支路的延时，使得所述第一耦合信号与所述第二耦合信号的延时差控制在1ns内，以抑制本振光信号的噪声，并对延时后的第一耦合信号依次进行外差探测、滤波和放大；