一种线性调频微波信号生成方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种线性调频微波信号生成方法及装置，属于微波光子学技术领域。
【背景技术】
[0002] 线性调频微波信号被广泛应用于现代雷达系统中W提高雷达的探测距离及探测 精度。时宽带宽积是线性调频微波信号的关键参数之一。特别的，大时宽带宽积的线性调频 微波信号在雷达接收机中实现脉冲压缩时能够获得更高的距离分辨率。同时大时宽的线性 调频信号，有助于降低对雷达发射设备的峰值功率要求，因而能够有效提高雷达系统的作 用距离。随着现代通信与雷达等系统的快速发展，如何产生高频、大时宽带宽积的线性调频 微波信号成为雷达系统亟需解决的问题。
[0003] 传统的线性调频信号通过电子技术产生，但信号的带宽较小，中屯、频率较低，时宽 带宽积非常有限，难W满足未来通信与雷达系统的需求。现代雷达系统中通常需要带宽和 中屯、频率达到数G化至IOG化W上，时宽带宽积达到数百至数万的微波信号。与传统电子技 术相比，微波光子技术具有频率高、带宽大、损耗低、体积小、抗电磁干扰能力强等优势，受 到人们的高度重视。近年来，研究人员提出了多种基于微波光子技术的线性调频信号产生 方法，但目前运些方法均存在各自的问题:一、通过在光脉冲或者光载波上引入二次相位系 数，再与另一光载波在光电探测器中拍频可W产生线性调频信号（参见[H.Gao,C丄ei, M.Chen，F.Xing，H.Chen and S.Xie，"A simple photonic generation of linearly chirped microwave pulse with large time-bandwidth product and high compressing ratio，"Opt.E邱ress，vol?21，no?20，PP?23107-23115, Sep.2013?]及[W丄i， F.Kong，J.Yao. ('Arbitrary microwave waveform generation based on a tunable optoelectronic osciIIator，，，Journal of Lightwave Technology，vol.31，no.23， pp. 3780-3786 ,Dec. 2013.])，但是该方法产生的线性调频信号的时宽只有几 ns至10ns量 级，相应的时宽带宽积通常不超过100;二、基于频谱整形和频时映射方法产生线性调频信 号（参见[C.Wang and J.P.Yao, ('Photonic generation of chirped microwave pulses using superimposed chirped fiber Brsgg gr曰tings IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 20，no. 11，pp. 882-884 Jun. 2008.])，同样该方法得到的线性调频信号时宽只有纳秒 量级，并且该方法产生信号的中屯、频率及带宽等参数难W调谐;=、基于扫频激光器与另一 固定波长的激光器拍频产生线性调频信号（参见[Jhih-Min Wun,化ia-化ien Wei Jyehong Chen,Chee Seong Goh,S.Y.Set,and Jin-Wei Shi,"Photonic chirped radio-frequency generator with ultra-fast sweeping rate and ultra-wide sweeping range,'' Opt .Express，vol. 21，no. 9，pp. 11475-11481 ,May. 2013.])，该方法中扫频激光器在扫频速 率较高时扫频带宽明显变窄，且扫频激光器扫频时线宽会严重恶化和两激光器产生的光信 号不相干，因此所产生微波信号纯度很差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，基于微波光子技术，提供一 种线性调频的微波信号生成方法及装置，可产生具有大时宽带宽积，并且时宽、带宽及中屯、 频率均可调谐的线性调频信号。
[0005] 本发明具体采用W下技术方案解决上述技术问题：
[0006] -种线性调频微波信号生成方法，将幅度可调制的直流光信号作为光注入式半导 体激光器的注入光信号；调制所述直流光信号的幅度，使其随时间线性变化，并使得所述光 注入式半导体激光器工作在单周期振荡态，将此时所述光注入式半导体激光器的输出光信 号转换为微波信号，该微波信号即为线性调频微波信号。
[0007] 优选地，通过调整注入参数和/或所述直流光信号与光注入式半导体激光器自由 运行输出频率之间的频率失谐，使得所述光注入式半导体激光器工作在单周期振荡态。
[0008] 进一步地，该方法还包括:通过对所述直流光信号的偏振态进行调整，使得所述光 注入式半导体激光器获得最大的注入效率。
[0009] 进一步地，该方法还包括:通过调整注入参数的变化范围，来改变所产生线性调频 微波信号的带宽。
[0010] 进一步地，该方法还包括:通过调整所述幅度随时间线性变化的直流光信号的持 续时间，来改变所产生线性调频微波信号的时宽。
[0011] 进一步地，该方法还包括:通过调整未对直流光信号的幅度进行调制时的初始注 入参数及直流光信号与光注入式半导体激光器自由运行输出频率之间的频率失谐，来改变 所产生线性调频微波信号的工作频段或中屯、频率。
[0012] 根据相同的发明思路还可W得到W下技术方案：
[0013] -种线性调频微波信号的生成装置，包括：
[0014] 光注入模块，用于生成幅度可调制的直流光信号；
[0015] 光注入式半导体激光器，其可工作在单周期振荡态；
[0016] 光电探测器，用于将所述光注入式半导体激光器的输出光信号转换为微波信号； 光环行器，其包括沿光传输方向依次相邻排布的第一~第=端口，第一~第=端口分别与 光注入模块的输出端、光注入式半导体激光器的输出端、光电探测器的输入端连接。
[0017] 优选地，所述光注入模块包括：
[0018] 光源，用于产生直流光信号；
[0019] 光幅度控制器，其光信号输入端与光源连接，用于调制光源所产生直流光信号的 幅度，并可将所述直流光信号的幅度调制为随时间线性变化；
[0020] 控制信号产生器，其输出端与光幅度控制器的控制信号输入端连接，用于产生驱 动光幅度控制器所需的控制信号。
[0021] 进一步地，所述光注入模块还包括连接于光幅度控制器的输出端与光环行器的第 一端口之间的偏振控制器，用于对光幅度控制器所输出的幅度调制直流光信号的偏振态进 行控制。
[0022] 优选地，所述光幅度控制器为电光幅度调制器，或电光马赫曾德尔调制器，或电光 偏振调制器，或电吸收调制器。
[0023] 相比现有技术，本发明具有W下有益效果：
[0024] (1)本发明无需高速电光调制器，对所用光幅度控制器的调制带宽需求不超过 IOOMHz ;无需扫频激光器，仅需普通的直流光光源和光注入式半导体激光器;无需高速率的 控制信号，能利用原始的低频低速控制信号(低于IOOMHz)作为系统输入直接产生线性调频 微波信号;具有结构简单、实现成本低廉的优点；
[0025] (2)本发明可产生高频(数GHz至数十細Z )、大带宽(数細Z至数十細Z )、大时宽带宽 积(数万至数十万）的线性调频微波信号；
[0026] (3)本发明所产生的线性调频微波信号的时宽、带宽及中屯、频率均可调谐。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明线性调频微波信号生成装置的基本结构示意图；
[0028] 图2本发明线性调频微波信号生成装置一个优选实施例的结构示意图；
[0029] 图3为本发明线性调频微波信号生成装置的原理示意图：
[0030] 图4为测得的输出微波信号频率与注入参数C的关系；
[0031] 图5为产生的线性调频信号的时域波形；
[0032] 图6为依据希尔伯特变换提取出的瞬时频率信息；
[0033] 图7为计算出的自相关函数信息。
【具体实施方式】
[0034] 针对现有技术不足，本发明的思路是将幅度可调制的直流光信号作为光注入式半 导体激光器的注入光信号，并使得光注入式半导体激光器工作在单周期振荡态，此时光注 入式半导体激光器输出光信号经光电转换后的微波信号频率在很大范围内与注入参数成 线性关系，运样既可通过将注入直流光信号的幅度调制为随时间线性变化，从而获得具有 大时宽带宽积的线性调频微波信号，并可很方便地对所产生线性调频微波信号的时宽、带 宽及中屯、频率进行调谐。
[0035] 根据上述思路可得到本发明的线性调频微波信号生成装置，如图1所示，该装置包 括：
[0036] 光注入模块，用于生成幅度可调制的直流光信号；
[0037] 光注入式半导体激光器，其可工作在单周期振荡态；
[0038] 光电探测器，用于将所述光注入式半导体激光器的输出光信号转换为微波信号； 光环行器，其包括沿光传输方向依次相邻排布的第一~第=端口，第一~第=端口分别与 光注入模块的输出端、光注入式半导体激光器的输出端、光电探测器的输入端连接。
[0039] 为了便于公众理解，下面W本发明线性调频微波信号生成装置的一个优选实施例 来对本发明技术方案进行进一步详细说明。
[0040] 图2显示了本发明线性调频微波信号生成装置一个优选实施例的结构，其包括:光 注入模块、光注入式半导体激光器、光电探测器、光环行器。
[0041] 如图2所示，本实施例中的光注入模块包括:可产生直流光信号的激光器1、光幅度 控制器、控制信号发生器。所述光幅度控制器的光信号输入端与激光器1连接，用于调制激 光器1所产生直流光信号的幅度;该光幅度控制器为可实现通过电控制对输入光信号的幅 度进行控制的电光器件，例如可W采用现有的电光幅度调制器、电光马赫曾德尔调制器、电 光偏振调制器、电吸收调制器等。控制信号发生器的输出端与光幅度控制器的控制信号输 入端连接，用于产生驱动光幅度控制器所需的控制信号。通过设置合适的控制信号发生器 输出控制信号，可驱动光幅度控制器将直流光信号的幅度调制为随时间呈线性变化。由于 考虑到所注入直流光信号的偏振态对于注