基于光梳的偏振复用信道化接收机

摘要

一种基于光梳的偏振复用信道化接收机，包括：一平坦光梳发生器；一光强度调制器，其与平坦光梳发生器连接；一光耦合器，该其与光强度调制器连接；一声光调制器，其与光耦合器连接；一可变衰减器，其与光耦合器连接；一第一偏振控制器，其与可变衰减器连接；一第二偏振控制器，其与声光调制器连接；一偏振合束器，与第一偏振控制器连接；一F-P标准具，其与偏振合束器连接；一第三偏振控制器，其与F-P标准具连接；一偏振分束器，其与第三偏振控制器连接；分别与偏振分束器连接；一第一光电探测器阵列和一第二光电探测器阵列，分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接。其是在不改变光梳光谱分量数目的基础上，提高测量范围及测量精度。

说明书

技术领域

本发明属于微波光子信号处理的技术领域，其是用于实时测量宽带射 频信号的频谱特性，能够产生高精度的射频信号频率谱，特别涉及一种基 于光梳的偏振复用信道化接收机。

背景技术

在现代军用雷达系统中，对宽带射频信号频谱的实时监测与测量是必 不可少的一个重要部分。然而，由于电子器件的实时带宽有限，直接的全 频谱实时监测到目前为止还无法实现。因此，目前通用的射频频谱实时监 测分为两步进行。首先，对宽带射频信号进行信道化接收，即将宽带频谱 划分为多个子带，然后对其并行接收；其次，对信道化接收后的信号进行 模数转换并且进行后续的数字信号处理。其中，信道化接收机作为预处理 环节对整个系统的性能有着举足轻重的作用。

传统的纯电子信道化接收机需要用到大量的射频滤波器或介电谐振 器。这就导致了系统极为庞大且成本高昂。另外，纯电子的信道化接收机 受电子器件带宽限制，很难满足现代军用雷达的带宽要求。近年来，多种 采用光子技术的射频信号信道化接收机被提出并受到了广泛的关注。相比 于纯电子学的方法，光子射频信号信道化接收机的实时带宽极大、系统轻 便、成本低廉，其在雷达系统中的应用前景十分广阔。

光子射频信号信道化接收机的种类繁多，有的基于单一光源与布拉格 光栅，有的基于多个分立光源与单个光滤波器，有的基于周期滤波的自发 辐射噪声信号与单个标准具，还有的基于光梳等等。其中基于光梳的信道 化接收机优势明显：1)由于光梳固有的相干特性，这种方案可实现极高信 噪比的信道化接收；2)仅利用一个光滤波器，系统简单；3)光梳频率间隔 稳定，因此光梳与光滤波器之间的频率间隔对准十分简便。

然而，基于光梳的信道化接收机目前存在测量范围不足的问题，这一 问题的根源在于，现有的光梳产生方法难于产生大量功率平坦的等频率间 隔的光谱分量。例如，采用参量混频的光梳产生法只能产生10根光谱分 量，其功率波动较大(约7dB)；基于微碟的非线性光梳产生法可以产生100 根左右的光谱分量，但是其功率波动接近10dB；外调制光梳产生法可以产 生功率波动极小的光梳，但是其光谱分量的数目有限且需要极大的射频驱 动功率。目前急需一种新的技术以解决这一缺陷。

发明内容

针对上述基于光梳的信道化接收机所存在的缺点，本发明将偏振复用 技术引入基于光梳的信道化接收机，从而在不改变光梳光谱分量数目的基 础上，提高测量范围及测量精度。

本发明提供一种基于光梳的偏振复用信道化接收机，包括：

一平坦光梳发生器，其光梳梳齿的频率间隔严格对应于平坦光梳发生 器内的微波源的中心频率；

一光强度调制器，该光强度调制器的光第一输入端口与平坦光梳发生 器的输出端连接，待测宽带RF信号通过光强度调制器的电第三输入端口 调制在初始光梳上；

一光耦合器，该光耦合器的第一输入端口与光强度调制器的光第二输 出端口连接，该光耦合器的输出端口分为两路；

一声光调制器，该声光调制器的第一光输入端口与光耦合器的第二输 出端口连接；

一可变衰减器，该可变衰减器的第一输入端口与光耦合器的第三输出 端口连接；

一第一偏振控制器，该第一偏振控制器的第一输入端口与可变衰减器 的第二输出端口连接；

一第二偏振控制器，该第二偏振控制器的第一输入端口与声光调制器 的第二光输出端口连接；

一偏振合束器，该偏振合束器的第一输入端口与第一偏振控制器的第 二输出端口连接，该偏振合束器的第二输入端口与第二偏振控制器的第二 输出端口连接；

一F-P标准具，该F-P标准具的第一输入端口与偏振合束器的第三输 出端口连接；

一第三偏振控制器，该第三偏振控制器的第一输入端口与F-P标准具 的第二输出端口连接；

一偏振分束器，该偏振分束器的第一输入端口与第三偏振控制器的第 二输出端口连接；

一第一波分复用器和一第二波分复用器，该第一波分复用器的第一输 入端口与偏振分束器的第二输出端口连接，该第二波分复用器的第一输入 端口与偏振分束器的第三输出端口连接；

一第一光电探测器阵列和一第二光电探测器阵列，该第一光电探测器 阵列的第一输入端与第一波分复用器的第二输出端口阵列连接，该第二光 电探测器阵列的第一输入端与第二波分复用器的第二输出端口阵列连接。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如 后，其中：

图1是本发明基于光梳的偏振复用信道化接收机原理示意图；

图2是F-P标准具滤波原理示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种基于光梳的偏振复用信道化接收机， 包括：

一平坦光梳发生器10，其光梳的频率间隔严格对应于平坦光梳发生器 10内的微波源e的中心频率；

一光强度调制器g，该光强度调制器g的第一光输入端口1与平坦光 梳发生器10的输出端连接，待测宽带RF信号通过光强度调制器g的第三 电输入端口3调制在初始光梳上；

一光耦合器h，该光耦合器h的第一输入端口1与光强度调制器g的 第二光输出端口2连接，该光耦合器h的输出端口分为两路，所述由光耦 合器h为50:50的光耦合器，所述分为两路的光耦合器h，对其中一路光 梳使用声光调制器i移频，通过调整偏振控制器k和偏振控制器l，使两 路光梳在偏振方向上相互垂直，不产生干涉作用；

一声光调制器i，该声光调制器i的第一光输入端口1与光耦合器h 的第二输出端口2连接；

一可变衰减器j，该可变衰减器j的第一输入端口1与光耦合器g的 第三输出端口3连接；

一第一偏振控制器k，该第一偏振控制器k的第一输入端口1与可变 衰减器j的第二输出端口2连接；

一第二偏振控制器l，该第二偏振控制器l的第一输入端口1与声光 调制器g的第二光输出端口2连接；

一偏振合束器n，该偏振合束器n的第一输入端口1与第一偏振控制 器k的第二输出端口2连接，该偏振合束器n的第二输入端口2与第二偏 振控制器l的第二输出端口2连接，该偏振合束器n将两路偏振垂直的光 梳耦合入同一根光纤；

一F-P标准具o，该F-P标准具o的第一输入端口1与偏振合束器n 的第三输出端口3连接，F-P标准具o对输入的偏振垂直的光梳同时进行 滤波；

一第三偏振控制器m，该第三偏振控制器m的第一输入端口1与F-P 标准具o的第二输出端口2连接；

一偏振分束器p，该偏振分束器p的第一输入端口1与第三偏振控制 器m的第二输出端口2连接；

一第一波分复用器q和一第二波分复用器r，该第一波分复用器q的 第一输入端口1与偏振分束器p的第二输出端口2连接，该第二波分复用 器r的第一输入端口1与偏振分束器p的第三输出端口3连接；

一第一光电探测器阵列s和一第二光电探测器阵列t，该第一光电探 测器阵列s的第一输入端1与第一波分复用器q的第二输出端口阵列2连 接，该第二光电探测器阵列t的第一输入端1与第二波分复用器r的第二 输出端口阵列2连接。

图2为从偏振合束器n输出的正交的两束光梳经F-P标准具o滤波后 以频率为横坐标的原理示意图，其中：

FSRF-P标准具：F-P标准具o的自由光谱范围(FSR)；

FSRcomb0：初始光梳的FSR；

f1_c、f2_c和f3_c：位于X偏振方向上的光梳相邻梳齿的中心频率； Δf：位于X和Y偏振方向上的两个光梳的移频变化量。

如图1所示，该设计方案中，利用一平坦光梳发生器10产生初始的 平坦光梳。平坦光梳发生器10产生3dB带宽符合WDM信道标准且平坦的 初始光梳，该光梳再通过调整微波源e调制信号的幅值使其满足纹波功率 小于1dB，之后，光梳经过光强度调制器g被捕捉到的宽带射频信号调制， 得到被调制的光梳。该经过耦合器h产生50:50分光后的上下两路光梳， 其中上路经过可变衰减器j产生一定衰减，通过调整第一偏振控制器k使 其偏振方向对准偏振合束器n第一入射端口1的保偏方向。由于只是使用 声光调制器i产生了移频，两子光梳等价于频域的简单搬移和复制，一声 光调制器i对其中一路光梳产生-Δf的移频量；同时使F-P标准具o的自 由光谱范围(FSR)等于初始光梳的FSR与2Δf之和，即：FSRF-P标准具 ＝FSRcomb0+2Δf，如图2所示。下路经过i产生特定频移后，调整第二偏 振控制器l使其偏振方向对准偏振合束器n第二入射端口2的保偏方向， 偏振合束后的两束光梳分别含有待测信息且相互垂直互不干涉，让F-P标 准具o的第一个滤波窗口的中心频率(fF-P标准具1_c)与上路未经移频的 光梳的第一条梳齿的中心频率(f1_c)满足：fF-P标准具1_c＝f1_c+Δf。 经过以上光路调整后，F-P标准具o可以滤出相同光频率下相互垂直的两 个不同的射频信道的信息：在光纤X轴偏振方向上，可以滤出奇数倍子信 道Δf、3Δf、5Δf…；在光纤Y轴偏振方向上，可以滤出偶数倍子信道： 2Δf、4Δf、6Δf…，经F-P标准具o滤波后调整第三偏振控制器m使两 束光梳的偏振方向与偏振分束器p分束后两输出端口1和2的保偏方向重 合，通过第一波分复用器q和r滤出每一子信道后由PD阵列s和t完成 光电转换探测得到待测RF信号的频率谱，即信道化接收信号；从图2中 还可以看出，由于Δf刚好是子信道的宽度，因此，我们的系统通过偏振 复用技术，在测量精度不变的情况下，将单一光梳的量程范围扩展了1倍。 从另一方面看，若测量范围不变，则该系统可将测量精度提高一倍。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想 到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保 护范围应该以权利要求书的保护范围为准。