[發明專利]一種線性調頻信號微波光子倍頻方法及其裝置

在審

• 申請號: 201610024082.2
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105676206A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 李軒;趙尚弘;李勇軍;朱子行
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

1.一種線性調頻信號的微波光子倍頻裝置，包括連續波激光器(1)、光耦 合器(2)、雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)和雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)、 偏振耦合器(5)、檢偏器(6)、探測器(7)，電學部分由功分器(8)、功率放 大器(9)、寬帶的90°HybridA(10)和帶的90°HybridB(11)，其特征在于， 激光器(1)同光耦合器(2)相連接,耦合器(2)分別與并聯的雙平行馬赫曾 德爾調制器A(3)和雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)，相連接，輸入信號經功分 器(8)后，一路經過功率放大器(9)與寬帶的90°HybridA(10)相連接，寬 帶的90°HybridA(10)輸出分別與雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)的兩個射頻 輸出端口相連接，功分器(8)的另一路輸出經過帶的90°HybridB(11)后分別 與雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)的兩個射頻輸出端口相連接，雙平行馬赫曾 德爾調制器A(3)和雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)的輸出分別與偏振耦合器 (5)的兩個輸入端相連接，偏振耦合器(5)的輸出端與檢偏器(6)相連接， 檢偏器(6)還與探測器(7)相連接；

所述的激光器(1)輸出光信號經過光耦合器(2)分為兩路，分別作為雙 平行馬赫曾德爾調制器A(3)和雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)的光載波信號， 輸入線性調頻信號首先經過功分器(8)分為兩部分，其中一路經過功率放大器 (9)放大后再通過一個寬帶90°HybridA(10)，產生兩路等幅、具有90°相位 差的信號，分別輸入雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)的兩個射頻輸入端口，功 分器(8)輸出另一路電信號經過一個寬帶90°HybridB(11)后分別輸入雙平 行馬赫曾德爾調制器B(4)的兩個射頻輸入端口，單音調制信號時，當雙平行 馬赫曾德爾調制器A(3)中的兩個子調制器均處于最大傳輸點時，其輸出光信 號包絡E₁(t)為公式(1)所示：

E1(t)=28E0exp(jωct)[exp(jm1cosωt)+exp(-jm1cosωt)exp(jθ2)]+[exp(jm1sinωt)+exp(-jm1sinωt)exp(-jθ2)]=28E0Σn=-∞∞Jn(m1)[1+(-1)n]{exp(jωct+jnωt+jθ2)[exp(jnπ2)+exp(-jθ)]}=24E0Σn=-∞∞[(-1)n+exp(-jθ)]Jn2(m1){exp(jωct+j2nωt+jθ2)}]]>

式中，E₀和ω_c分別為激光器輸出光信號振幅和頻率，m₁為雙平行馬赫曾德 爾調制器A調制系數，ω為輸入射頻本振頻率，θ為雙平行馬赫曾德爾調制器A 中主調制器直流偏置相位，J_n()為n階一類貝塞爾函數，J_2n()為2n階一類貝 塞爾函數，t為時間；

雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)直流偏置與雙平行馬赫曾德爾調制器A(3) 完全相同，但調制系數不同，調整調制系數，可以使雙平行馬赫曾德爾調制器A (3)與雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)輸出光邊帶中所需光邊帶同向而雜散光 邊帶反相，輸出調制光信號經過偏振耦合器(5)耦合為偏振態相互垂直的光信 號，其輸出端光信號為公式(2)所示：

式中，m₂為雙平行馬赫曾德爾調制器B調制系數，x和y軸分別表示偏振 耦合器的兩個偏振軸方向；

偏振正交的兩路光信號經檢偏器(6)后偏振方向透射到同一方向，且信號 功率受到調整，其輸出光信號E_Pol(t)為公式(3)所示：

EPol(t)=14E0exp(jθ2)Σn=-∞∞[(-1)n+exp(-jθ)][J2n(m1)cosβ+J2n(m2)sinβ]exp(jωct+j2nωt)---(3)]]>

式中，β為檢偏器主軸與x軸方向夾角；

設置雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)和雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)的 主調制器為最大傳輸點，輸出光載波和正負4階光邊帶，當滿足條件為公式(4) 所示：

J₀(m₁)cosβ+J₀(m₂)sinβ＝0(4)

光載波完全抵消，此時檢偏器輸出光信號E_Pol(t)為公式(5)所示：

EPol(t)=12E0J0(m1)[J0(m1)J4(m2)-J0(m2)J4(m1)]sinβexp(jωct±j4ωt)---(5)]]>

探測器7拍頻后可得到8倍頻信號；

設置雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)和雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)的 主調制器為最小傳輸點，輸出正負2階和正負6階光邊帶，當滿足條件為公式(6) 所示：

J₂(m₁)cosβ+J₂(m₂)sinβ＝0(6)

正負2階光邊帶完全抵消，此時檢偏器輸出光信號E_Pol(t)為公式(7)所示：

EPol(t)=-12jE0J2(m1)[J2(m1)J6(m2)-J2(m2)J6(m1)]sinβexp(jωct±j6ωt)---(7)]]>

探測器7拍頻后可得到12倍頻信號。