一种光子型多频相位编码信号产生装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光子型多频相位编码信号产生装置及方法，属于微波毫米波信号 产生技术领域。
【背景技术】
[0002] 相位编码信号由于其良好的脉冲压缩能力，可W有效提高雷达等微波毫米系统的 分辨率，因此在雷达等相关领域备受关注。传统的相位编码信号产生是在电域进行的，存在 工作频率范围、时间-带宽积受限等缺陷。为了克服电子学方法的缺点，人们提出了光子 型相位编码信号产生。光子型相位编码信号产生方案主要包括基于空间光子学和基于全 光纤器件的方案。图1给出了一种基于空间调制器的光子型相位编码信号产生装置。单 个超短光脉冲被送入到一个光脉冲整形器产生一个根据任意光脉冲序列，脉冲序列中的脉 冲之间的时间间隔根据所需要产生的波形进行设计；将该任意光脉冲序列注入光电转换 器中，实现光子型相位编码信号的产生。（J.McKinney,D.Leaird,andA.Weiner, "Millimeter-wavearbitrarywaveformgenerationwithadirectspace-to-time pulseshaper, "Opt.Lett. 27, 1345 (2002)，"基于空-时脉冲整形的毫米波任意波形 产生"，光学快报，27，1345 (2002))。但是该种方案由于使用了空间光子器件，系统庞大、 且损耗高。基于光纤器件的方案可W解决上述问题。图2显示了一种基于光纤器件的相 位编码信号产生装置，单射频信号通过马赫曾德调制器调制在单波长光源上，通过将马赫 曾德调制器偏置在最小传输点，产生载波抑制的双边带调制信号，作为一对不同波长的相 干光载波；将此信号通过一个萨格纳克光纤干设仪，该干设仪由相位调制器，光纤布拉格光 栅及隔离器构成，编码控制信号调制在相位调制器上。通过光纤布拉格光栅的正、反向的 分别带通、带阻的波长选择作用，输出的光信号仅有一个边带调制有相位信息，通过光电探 测器后生成带有相位编码的射频信号。此方案避免了复杂的空间光学部件，然而系统中光 纤布拉格光栅为波长相关器件，限制了系统的工作频率范围狂.Li,W.Li,H.化i，X. Zhang,andJ.Yao,"Photonicgenerationofphase-codedmicrowavesignalwith largefrequen巧tun油ility,"IE邸陆oton.TechnolLett. 23, 712 (2011)，"大范围 可调谐相位编码信号的光子学产生"，IE邸光学工程快报，23，712 (2011))。受益于光子器 件的大带宽和低损耗，光子型相位编码信号产生具有高频、大带宽、无电磁干扰的优点。同 时，产生的光信号可直接在光载射频（RoF:RadiooverFiber)系统中进行长距离传输，从 而大幅增加雷达等微波毫米波系统的协同作用范围。
[0003] 与此同时，多波段和多功能雷达的发展对同时多频率相位编码信号的产生提 出了迫切需求，而现有的光子型相位编码产生装置难W实现同时多频率的相位编码 信号产生。图3给出了 一种基于上变频实现同时多频相位编码信号产生的装置（P. Ghelfi,F.Scotti,F.Laghezza,andA.Bogoni,"PhasecodingofRFpulses inphotonics-曰idedfrequency-曰giIecoherentr曰d曰rsystems, "IEEEJ.Qimntum Electron. 48，1151 (2012)，"光子辅助的频率捷变相干雷达系统中的射频脉冲相位编 码，"IE邸量子电子学期刊，48,1151 (2012))。该方案首先在电域产生低频的相位编码信 号，通过马赫曾德调制器将该低频相位编码信号调制到锁模激光器输出的多个光模式上， 注入光电探测器中拍频，将在电域产生的低频相位编码信号上转换到多个中频，从而实现 同时多频相位编码信号产生。该方案中的初始低频相位编码信号仍然是在电域产生的，带 宽等参数仍受到电子瓶颈的限制。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种光子型多频相位编码信号产生装置及方 法，使用单个装置实现同时多个频率上的相位编码信号产生。
[0005] 本发明为解决其技术问题采用如下技术方案： 一种光子型多频相位编码信号产生装置，包括多频率成份光源模块和多频相位编码模 块，所述多频率成份光源模块，用于提供具有多频率成份的光源；所述多频相位编码模块， 用于实现多频率相位编码. 所述多频相位编码模块包括偏振调制器、编码数据产生器、偏振分束器和双平行光电 探测器，其中多频率成份光源模块的输出端和偏振调制器的光输入端相连，偏振调制器的 光输出端与偏振分束器的输入端相连；偏振调制器的电输入端和编码数据产生器的输出端 相连接；偏振分束器的两个输出端分别与双平行光电探测器的两个输入端相连。
[0006] -种光子型多频相位编码信号产生装置的多频相位编码信号产生方法，包括如下 步骤：将多频成份光源模块输出的具有n个频率成份的光源与偏振调制器的某个主轴方向 调整为45度夹角，n为任意自然数；编码数据产生器产生"1，-1"的具有正负极性的编码控 制信号，并通过偏振调制器调制在多频成份光源模块输出的光源上，调制后的光信号经过 偏振分束器，输出两路偏振正交的信号，分别注入双平行光电探测器的两个输入端，经过光 电转换之后输出同时多频的"0,n"的相位编码信号。
[0007] 本发明具有W下有益效果： 1.本发明的多频相位编码过程无需对注入光源的各频率成份做单独操作，可W实现同 时多个频率的相位编码。
[0008]2.本发明的多频相位编码过程对注入光源上调制的射频信号形式无局限性要求， 可实现同时多个频率的相位编码。
[0009] 3.本发明避免引入任何波长相关器件，使得系统的工作频率范围不受限。
【附图说明】
[0010] 图1为基于空间光子学的光子型相位编码信号产生装置。
[0011] 图2为基于光纤器件的光子型相位编码信号产生装置。
[0012] 图3为基于上变频的光子型多频相位编码信号产生装置。
[0013] 图4为本发明的光子型多频相位编码信号产生装置的结构框图。
[0014]图5为具体实施例1的注入的光频梳的光谱图。
[0015]图6(a)为具体实施例1的同时产生的15GHz的相位编码信号的波形图；图6化） 为具体实施例1的同时产生的15GHz的相位编码信号的恢复相位；图6(C)为具体实施例 1的同时产生的30GHz的相位编码信号的波形图；图6(d)为具体实施例1的同时产生的 30GHz的相位编码信号的恢复相位。
[001引图7 (a)为具体实施例1的同时产生的15GHz的相位编码信号的自相关结果；图 7(b)为具体实施例1的同时产生的15GHz的相位编码信号的自相关结果的主瓣细节图；图 7(C)为具体实施例1的同时产生的30GHz的相位编码信号的自相关结果；图7(d)为具体 实施例1的同时产生的30GHz的相位编码信号的自相关结果的主瓣细节图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
[0018] 本发明的光子型多频相位编码信号产生装置的一种优选结构如图4所示，包括： 多频率成份光源模块，偏振调制器、编码数据产生器、偏振分束器、平行光电探测器。
[0019] 多频率成份光源模块的输出端和偏振调制器的光输入端相连，偏振调制器的光输 出端与偏振分束器的输入端相连，偏振调制器的电输入端和编码数据产生器的输出端相连 接；偏振分束器的两个输出端分别与平行光电探测器的两个输入端相连。
[0020] 将多频成份光源模块输出的具有n个频率成份的光源与偏振调制器的某个主轴 方向调整为45度夹角，n为自然数；编码数据产生器产