[發明專利]基于光學注入鎖定的產生任意波形的方法

無效

• 申請號: 201110428824.5
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102520559A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 于晉龍;孫斌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B27/28
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術領域：

本發明屬于微波信號源技術領域，涉及一種基于光學注入鎖定的產生任意波形的方法。?

背景技術：

波形發生器是在電路設計、調試與測量中應用很多的一種信號發生裝置和信號源。一般的信號源僅能產生幾種固定形狀的波形，而任意波形發生器(Arbitrary?Waveform?Generator)可以創造和產生任何可以設想的波形，其先導性、易用性和靈活性大大方便人們的設計與調試。AWG對于模擬現場信號和各種信號合成能產生各種各樣的波形。

隨著科技研究的不斷深入和領域拓展，要求用于模擬的信號更加復雜、多樣。例如，通信的每一步發展，都要求不同的測試信號。汽車功能和可靠性的提高，也伴隨著使用更多、更復雜的信號。材料科學、生命科學等諸多領域，都要求用任意波形發生器產生復雜的信號。

任意波形發生器是一種特殊的信號源，目前信號發生的主要實現方法有直接模擬法和直接數字法兩種。

一、直接模擬法

傳統函數發生器結構如圖1所示，一般都是由自由振蕩器產生原始波形，然后經過轉換電路將原始波形轉換成其他波形。三角波是由振蕩器產生的，方波是三角波通過比較器轉變而成的，正弦波是三角波通過一個波形整形電路(正弦波整形器)演變而來的，所需要的波形經過放大和衰減輸出，顯然這種方式的結構簡單，實現起來比較容易，主要應用在頻率為幾十MHz的波形的產生，但是其產生的波形種類有限，每增加一種波形，都要增加相應的轉換電路，整個電路變得很復雜。

二、直接數字法

直接數字法是采用直接數字合成DDS(direct?digital?synthesis)的方法實現信號產生。基于DDS任意波形發生器的基本結構及原理，如圖2所示：每經過一個時鐘周期，相位累加器(PAR)都向總相位中增加一個新相位。當前PAR中的所有相位都被用來訪問參考波形存儲器。PAR的容量一般要比波形存儲器的容量大得多。其波形存儲器的實際參考輸出卻是向上舍入或截斷而訪問下一個地址中的結果。增加了一定數量的連續相位之后，PAR將會溢出，每溢出一次剩余相位會有不同取值，這就使得輸出波形的地址在參考波形存儲器中不斷向前推進。盡管某一單個循環只是近似準確，但平均輸出頻率可達到非常高的分辨率。因此，這種方式的優點在于它非常高的頻率分辨率和快速輸出轉換能力，但是其相位抖動尤其是在高頻輸出狀態下的相位抖動比傳統的任意波形發生器中的多，所以，基于DDS的任意波形發生器一般不適于用來產生高速任意波形。

通過上面的介紹可以看出，現有的任意波形發生器的設計方法各有優缺點，但都存在的缺陷是產生信號的最高頻率一般只能達到幾十MHz。

發明內容：

本發明目的是解決現有的任意波形發生器產生信號的最高頻率較低一般只能達到幾十MHz的問題，提出一種基于光學注入鎖定的任意波形發生器，通過光學注入鎖定的方法，把寬帶梳狀譜信號注入到各個DFB激光器中，經過模式鎖定的DFB激光器產生的光信號產生的差頻信號的相位、頻率、幅度穩定，并且能通過簡單的方法分別對其進行調節，然后進行各次諧波的合成，這樣就可以得到想要的波形。

本發明提供的基于光學注入鎖定的產生任意波形的方法，利用該方法構成的發生器主要包括注入鎖定的寬譜光源、光隔離器、以及由一組分布反饋式半導體激光器(DFB-LD)、消偏振分光棱鏡和可調光功率衰減器構成的分布反饋式半導體激光器陣列；第一，注入鎖定的寬譜光源通過光隔離器后，經過一組消偏振分光棱鏡分束后注入到一組激光器中。第二，調節每個激光器的工作溫度和電流，使其發光模式波長與想鎖定的譜線在鎖定范圍內進行模式鎖定。第三，鎖定后的激光器，通過調節激光器的空間位置和輸出光路中的可調光功率衰減器分別改變信號的相位和幅度。最后，已經調整好相位和幅度的各路信號經過消偏振分光棱鏡進行光路耦合得到差頻信號，即是各次諧波分量，這樣就可以實現任意波形的產生。