[發明專利]一種光子型多頻相位編碼信號產生裝置及方法

在審

• 申請號: 201510734911.1
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105406918A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 朱丹;徐威遠;潘時龍;魏正武;陳健
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;G02F1/35
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種光子型多頻相位編碼信號產生裝置及方法，屬于微波毫米波信號產生技術領域。

背景技術

相位編碼信號由于其良好的脈沖壓縮能力，可以有效提高雷達等微波毫米系統的分辨率，因此在雷達等相關領域備受關注。傳統的相位編碼信號產生是在電域進行的，存在工作頻率范圍、時間-帶寬積受限等缺陷。為了克服電子學方法的缺點，人們提出了光子型相位編碼信號產生。光子型相位編碼信號產生方案主要包括基于空間光子學和基于全光纖器件的方案。圖1給出了一種基于空間調制器的光子型相位編碼信號產生裝置。單個超短光脈沖被送入到一個光脈沖整形器產生一個根據任意光脈沖序列，脈沖序列中的脈沖之間的時間間隔根據所需要產生的波形進行設計；將該任意光脈沖序列注入光電轉換器中，實現光子型相位編碼信號的產生。(J.McKinney,D.Leaird,andA.Weiner,Millimeter-wavearbitrarywaveformgenerationwithadirectspace-to-timepulseshaper,Opt.Lett.27,1345(2002)，“基于空-時脈沖整形的毫米波任意波形產生”，光學快報，27,1345(2002))。但是該種方案由于使用了空間光子器件，系統龐大、且損耗高。基于光纖器件的方案可以解決上述問題。圖2顯示了一種基于光纖器件的相位編碼信號產生裝置，單射頻信號通過馬赫曾德調制器調制在單波長光源上，通過將馬赫曾德調制器偏置在最小傳輸點，產生載波抑制的雙邊帶調制信號，作為一對不同波長的相干光載波；將此信號通過一個薩格納克光纖干涉儀，該干涉儀由相位調制器，光纖布拉格光柵及隔離器構成，編碼控制信號調制在相位調制器上。通過光纖布拉格光柵的正、反向的分別帶通、帶阻的波長選擇作用，輸出的光信號僅有一個邊帶調制有相位信息，通過光電探測器后生成帶有相位編碼的射頻信號。此方案避免了復雜的空間光學部件，然而系統中光纖布拉格光柵為波長相關器件，限制了系統的工作頻率范圍(Z.Li,W.Li,H.Chi,X.Zhang,andJ.Yao,Photonicgenerationofphase-codedmicrowavesignalwithlargefrequencytunability,IEEEPhoton.TechnolLett.23,712(2011)，“大范圍可調諧相位編碼信號的光子學產生”，IEEE光學工程快報，23,712(2011))。受益于光子器件的大帶寬和低損耗，光子型相位編碼信號產生具有高頻、大帶寬、無電磁干擾的優點。同時，產生的光信號可直接在光載射頻（RoF:RadiooverFiber）系統中進行長距離傳輸，從而大幅增加雷達等微波毫米波系統的協同作用范圍。

與此同時，多波段和多功能雷達的發展對同時多頻率相位編碼信號的產生提出了迫切需求，而現有的光子型相位編碼產生裝置難以實現同時多頻率的相位編碼信號產生。圖3給出了一種基于上變頻實現同時多頻相位編碼信號產生的裝置（P.Ghelfi,F.Scotti,F.Laghezza,andA.Bogoni,PhasecodingofRFpulsesinphotonics-aidedfrequency-agilecoherentradarsystems,IEEEJ.QuantumElectron.48,1151(2012),“光子輔助的頻率捷變相干雷達系統中的射頻脈沖相位編碼，”IEEE量子電子學期刊，48，1151（2012））。該方案首先在電域產生低頻的相位編碼信號，通過馬赫曾德調制器將該低頻相位編碼信號調制到鎖模激光器輸出的多個光模式上，注入光電探測器中拍頻，將在電域產生的低頻相位編碼信號上轉換到多個中頻，從而實現同時多頻相位編碼信號產生。該方案中的初始低頻相位編碼信號仍然是在電域產生的，帶寬等參數仍受到電子瓶頸的限制。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出了一種光子型多頻相位編碼信號產生裝置及方法，使用單個裝置實現同時多個頻率上的相位編碼信號產生。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種光子型多頻相位編碼信號產生裝置，包括多頻率成份光源模塊和多頻相位編碼模塊，所述多頻率成份光源模塊，用于提供具有多頻率成份的光源；所述多頻相位編碼模塊，用于實現多頻率相位編碼；

所述多頻相位編碼模塊包括偏振調制器、編碼數據產生器、偏振分束器和雙平行光電探測器，其中多頻率成份光源模塊的輸出端和偏振調制器的光輸入端相連，偏振調制器的光輸出端與偏振分束器的輸入端相連；偏振調制器的電輸入端和編碼數據產生器的輸出端相連接；偏振分束器的兩個輸出端分別與雙平行光電探測器的兩個輸入端相連。