基于全光交叉偏振调制的空间方向角测量系统

摘要

一种基于全光交叉偏振调制效应的空间方向角测量系统，包括：与第一激光源连接的第一马赫增德尔强度调制器和偏振控制器；与第二激光源连接的第二马赫增德尔强度调制器和偏振控制器；与微波信号源连接的电耦合器和微波移相器；与光耦合器依序连接的偏振控制器、光纤在线起偏器、光带通滤波器、光电探测器、偏置T和电压表。本发明可解决光控相控雷达中的快速鉴别天线信号方向位置信息的困难问题，并且可以基于全光交叉偏振调制的方法实现天线空间方向角的初步测量。

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于全光交叉偏振调 制的空间方向角测量系统。

背景技术

上世纪80年代以来，随着光载微波信号调制技术和半导体光电子技 术的发展，科研人员将光传输系统应用于光控相控雷达系统的构想得到了 迅速发展。由于光载波的频率极高，并且光线路具有稳定传输的优点，微 波带宽相对于光载波的频率则非常小，在光控雷达系统中科研工作者渴望 将光带宽的优势最大限度的应用到微波信号的传输领域。因而，研究全光 的微波信号传输解调技术具有重大的意义。目前，利用全光效应实现天线 方向角的测量是一新型的研究课题。

综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，满足光控相控雷达中的 需求，基于全光交叉偏振调制的天线空间方向角度测量系统应运而生。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于全光交叉偏振调制的空间方向角测 量系统，其可解决光控相控雷达中的快速鉴别天线信号方向位置信息的困 难问题，并且可以基于全光交叉偏振调制的方法实现天线空间方向角的初 步测量。

本发明公开一种基于全光交叉偏振调制效应的空间方向角测量系统， 包括：

一第一激光源，其用于输出单模窄线宽激光源；

一第一马赫增德尔强度调制器，其输入端口1与第一激光源的输出端 连接，用于对第一激光源进行光电调制；

一偏振控制器，其输入端与第一马赫增德尔强度调制器的输出端连 接，用于对第一马赫增德尔强度调制器输出的光信号进行偏振态控制；

一第二激光源，用于输出单模窄线宽激光源，并且其输出波长与第一 激光源的输出波长差别越大越好；

一第二马赫增德尔强度调制器，其输入端口1与第二激光源的输出端 连接，用于对第二激光源进行光电调制；

一偏振控制器，其输入端与第二马赫增德尔强度调制器的输出端连 接，用于对第二马赫增德尔强度调制器输出的光信号进行偏振态控制；

一微波信号源，其用于输出点频微波信号；

一电耦合器，其输入端与微波信号源连接，其输出端口1与第一马赫 增德尔强度调制器的输入端口2连接，用于将输入微波信号等功率分成两 路输出；

一微波移相器，其输入端与电耦合器的输出端口2连接，其输出端与 第二马赫增德尔强度调制器的输入端口2连接，用于对微波信号进行可调 谐式移相；

一光耦合器，其输入端口1与偏振控制器的输出端连接，其输入端口2 与偏振控制器的输出端连接，用于对两路光信号进行合路输出；

一高非线性光纤，其输入端与光耦合器的输出端连接，用于对输出的 两路调制光信号进行交叉偏振效应和四波混频效应；

一偏振控制器，其输入端与高非线性光纤的输出端连接，用于对高非 线性光纤输出的光信号进行偏振态控制；

一光纤在线起偏器，其输入端与偏振控制器的输出端连接，用于对偏 振态任意的光信号进行投影偏振态输出；

一光带通滤波器，其输入端与光纤在线起偏器的输出端连接，用于对 输入的光信号进行光带通滤波；

一光电探测器，其输入端与光带通滤波器的输出端连接，用于对输入 的光信号进行光电转换；

一偏置T，其输入端与光电探测器的输出端连接，用于对输入的电信 号进行交流信号与直流信号的分离；

一电压表，其输入端与偏置T的输出端连接，用于对电信号的电压值 进行读取。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

该基于全光交叉偏振调制的空间方向角测量系统结构简单，能够实现 全方位方向角度测量。功耗低，并且兼容性强。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明中基于全光交叉偏振调制的空间方向角测量系统结构示 意图；

图2是本发明中基于全光交叉偏振调制的空间方向角测量系统中高非 线性光纤中非线性效应示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种基于全光交叉偏振调制效应的空间 方向角测量系统，包括：

一第一激光源1，其用于输出单模窄线宽激光源；

一第一马赫增德尔强度调制器2，其输入端口1与第一激光源1的输 出端连接，用于对第一激光源1进行光电调制；

一偏振控制器3，其输入端与第一马赫增德尔强度调制器2的输出端 连接，用于对第一马赫增德尔强度调制器2输出的光信号进行偏振态控制；

一第二激光源4，用于输出单模窄线宽激光源，并且其输出波长与第 一激光源1的输出波长差别越大越好；

所述两激光源1和4用于分别在高非线性光纤中产生四波混频效应的 泵浦光和信号光，并且两者的波长差别在光电探测器的带宽之外，最好 100GHz以上；

一第二马赫增德尔强度调制器5，其输入端口1与第二激光源4的输 出端连接，用于对第二激光源4进行光电调制；

其中所述的第一、第二马赫增德尔强度调制器2、5为铌酸锂晶体。

所述的第一、第二马赫增德尔强度调制器2、5主要是分别加载微波信号， 在这里可以理解为是天线的接收信号。其中马赫增德尔强度调制器5所加 的微波信号为经过移相器9移相后的结果，从而其上载有天线的接收信号 的相位信息。

一偏振控制器6，其输入端与第二马赫增德尔强度调制器5的输出端 连接，用于对第二马赫增德尔强度调制器5输出的光信号进行偏振态控制；

一微波信号源7，其用于输出点频微波信号；

一电耦合器8，其输入端与微波信号源7连接，其输出端口1与第一 马赫增德尔强度调制器2的输入端口2连接，用于将输入微波信号等功率 分成两路输出；

一微波移相器9，其输入端与电耦合器8的输出端口2连接，其输出 端与第二马赫增德尔强度调制器5的输入端口2连接，用于对微波信号进 行可调谐式移相；

一光耦合器10，其输入端口1与偏振控制器3的输出端连接，其输入 端口2与偏振控制器6的输出端连接，用于对两路光信号进行合路输出；

一高非线性光纤11，其输入端与光耦合器10的输出端连接，用于对输 出的两路调制光信号进行交叉偏振效应和四波混频效应，该高非线性光纤 11中产生四波混频效应与交叉偏振调制效应，该高非线性光纤11中交叉 偏振调制效应是基于入射的泵浦光信号偏振态产生的快轴，在对应垂直方 向上产生慢轴，该高非线性光纤11由任何性质的非线性介质代替。分别 将天线接收的信号经过第一、第二马赫增德尔强度调制器2、5加载到两 光信号上经过光耦合器10输入给高非线性光纤11，在其中发生非线性效 应：四波混频效应和交叉偏振调制效应，从而得到空闲光中加载有移相器 9的相位信息；

一偏振控制器12，其输入端与高非线性光纤11的输出端连接，用于 对高非线性光纤输出的光信号进行偏振态控制；

一光纤在线起偏器13，其输入端与偏振控制器12的输出端连接，用 于对偏振态任意的光信号进行投影偏振态输出；

一光带通滤波器14，其输入端与光纤在线起偏器13的输出端连接， 用于对输入的光信号进行光带通滤波；

一光电探测器15，其输入端与光带通滤波器14的输出端连接，用于 对输入的光信号进行光电转换，该所述光电探测器15产生的相位调制的 微波信号中携带有高非线性光纤11中光传输快轴和光传输慢轴之间的相 位差信息，该相位差信息是由信号光调制中的移相器9产生。

一偏置T16，其输入端与光电探测器15的输出端连接，用于对输入的 电信号进行交流信号与直流信号的分离，该偏置T16在于提取直流信号， 进行电压检测，从电压值反计算出相位信息。

一电压表17，其输入端与偏置T16的输出端连接，用于对电信号的电 压值进行读取。其中经过偏振控制器12和光纤在线起偏器13的联合作用， 使在高非线性光纤11中的泵浦光和信号光得到充分的作用，从而使空闲 光中充分的被信号光中的相位信息调制；经过光带通滤波器14的带通滤 波作用，滤出上频段的空闲光或者下频段的空闲光；经过光电探测器15 对空闲光的光电转换，得到带有相位信息的微波信号；将带有相位信息的 微波信号输入给偏置T16，偏置T16的功能就是将微波信号的直流项和交 流项分别传输，直流项包含了最开始马赫增德尔强度调制器5上加载的移 相器的相位信息；将偏置T16的直流输出端输入给电压表17，通过测量电 压值，反解出天线接收信号的相位信息。

图2示出了基于全光交叉偏振调制的天线空间方向角度的测量系统的 全光偏振调制的原理示意图，其中主要是利用了高非线性光纤中的四波混 频效应与交叉偏振调制效应，泵浦光输入进入高非线性光纤11中，在其 中产生光调制快轴和光调制慢轴，该光调制快轴和光调制慢轴的区别主要 是调制系数不同。通过偏振控制器12控制信号光的偏振态，使其与高非 线性光纤11中产生的调制快轴和调制慢轴夹角45度，从而使输入的信号 光在高非线性光纤中分别实现在快轴和慢轴进行相位调制。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。