CN117810803A - 微波脉冲产生系统、方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波光子技术领域,公开了一种微波脉冲产生系统、方法及存储介质,系统通过调制器将射频信号源传输的调制微波信号调制到光载波,形成调制光信号;通过可饱和吸收体对调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;通过电耦合器将一部分滤波后的微波信号反馈至调制器,将另一部分滤波后的微波信号进行输出;在接收到电耦合器反馈的微波信号后,通过调制器将电耦合器反馈的微波信号调制到光载波,形成调制光信号,通过调制器调制和可饱和吸收体的被动锁模非线性损耗吸收,在时域对微波信号的脉冲进行压缩,解决传统光电振荡器存在的脉冲过宽问题,实现稳定的窄脉冲微波输出。
Description
技术领域
本发明涉及微波光子技术领域,尤其涉及一种微波脉冲产生系统、方法及存储介质。
背景技术
光电振荡器使用光电混合谐振腔替代传统微波谐振腔,得益于电光调制技术与光纤低损耗特性,实现了高品质因数的闭环回路,并且光电混合谐振腔的品质因数不随振荡频率的增大而降低,被认为是未来微波信号产生的一种优良方案。光电振荡器的工作原理是基于正反馈原理,即将振荡信号通过光电混合路径反馈到输入端形成闭合回路。具体来说,光电振荡器中的光电探测器将光信号转换为电信号,电信号经由电放大器放大和电带通滤波器滤波后,通过电光调制器反馈回输入端,与原本的振荡信号进行耦合产生新的振荡信号,从而形成振荡的循环。当光电振荡器开环增益大于1,并且振荡信号满足相位匹配条件时,可以得到稳定的微波信号。然而传统的光电振荡器只能产生连续的、频率单一的微波信号,不太适用于一些特殊的应用场景如多普勒雷达等。为了满足多普勒雷达等应用中对微波窄脉冲序列的要求,公开号为CN 111342332A的中国发明专利公开了一种主动锁模光电振荡器,公开号为CN 1 1 4 2 8 4 8 3 9A的中国发明专利公开了一种基于注入锁定的主动锁模光电振荡器来产生微波脉冲。但是上述两种方案产生的微波脉冲信号宽度受限于外部注入光电振荡器的微波信号频率,对于高分辨率雷达,目前已有的主动锁模光电振荡器产生的微波脉冲仍存在脉冲过宽的问题,现有的技术方案亟需优化改进。
发明内容
本发明提供一种微波脉冲产生系统、方法及存储介质,能够解决现有光电振荡器产生微波脉冲的脉冲宽度过宽问题。
第一方面,提供了一种微波脉冲产生系统,所述系统包括激光器、调制器、可饱和吸收体、光电探测器、电放大器、电带通滤波器电耦合器和射频信号源,所述激光器、所述调制器、所述可饱和吸收体、所述光电探测器、所述电放大器、所述电带通滤波器和所述电耦合器依次连接,且所述电耦合器与所述调制器连接,以形成闭合的光电振荡回路,所述调制器还与射频信号源连接;其中,
所述激光器,用于产生光载波;
所述射频信号源,用于产生调制微波信号对光载波进行调制;
所述调制器,用于将所述射频信号源传输的调制微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号;
所述可饱和吸收体,用于对所述调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;
所述光电探测器,用于将所述吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;
所述电放大器,用于将所述光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;
所述电带通滤波器,用于对所述放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;
所述电耦合器,用于将一部分所述滤波后的微波信号反馈至所述调制器,将另一部分所述滤波后的微波信号进行输出;
所述调制器,还用于在接收到所述电耦合器反馈的微波信号后,将所述射频信号源传输的调制微波信号和所述电耦合器反馈的微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号。
第二方面,提供了一种微波脉冲产生方法,
应用于微波脉冲产生系统,所述系统包括激光器、调制器、可饱和吸收体、光电探测器、电放大器、电带通滤波器、电耦合器和射频信号源,所述激光器、所述调制器、所述可饱和吸收体、所述光电探测器、所述电放大器、所述电带通滤波器和所述电耦合器依次连接,且所述电耦合器与所述调制器连接,以形成闭合的光电振荡回路,所述调制器还与射频信号源连接;所述方法包括:
通过所述激光器产生光载波;
通过所述射频信号源产生调制微波信号对光载波进行调制;
通过所述调制器将所述射频信号源传输的调制微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号;
通过所述可饱和吸收体对所述调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;
通过所述光电探测器将所述吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;
通过所述电放大器将所述光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;
通过所述电带通滤波器对所述放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;
通过所述电耦合器将一部分所述滤波后的微波信号反馈至所述调制器,将另一部分所述滤波后的微波信号作进行输出;
在接收到所述电耦合器反馈的微波信号后,通过所述调制器将所述射频信号源传输的调制微波信号和所述电耦合器反馈的微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号。
第三方面,提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述微波脉冲产生方法的步骤。
上述微波脉冲产生系统、方法及存储介质所实现的方案中,通过激光器产生光载波;通过调制器将射频信号源传输的调制微波信号调制到光载波,形成调制光信号;通过可饱和吸收体对调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;通过光电探测器将吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;通过电放大器将光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;通过电带通滤波器对放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;通过电耦合器将一部分滤波后的微波信号反馈至调制器,将另一部分滤波后的微波信号作进行输出;在接收到电耦合器反馈的微波信号后,通过调制器将电耦合器反馈的微波信号调制到光载波,形成调制光信号,通过调制器调制和可饱和吸收体的被动锁模非线性损耗吸收,在时域对微波信号的脉冲进行压缩,解决传统光电振荡器存在的脉冲过宽问题,实现稳定的窄脉冲微波输出。本发明提供的方法与传统的主动锁模光电振荡器产生微波脉冲技术方案相比,在相同幅值下,能够进一步提高微波脉冲的占空比,极大地压缩系统的脉冲宽度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中微波脉冲产生系统的结构示意图;
图2是现有的主动锁模光电振荡器方法产生的微波脉冲;
图3是是本发明实施例基于主被动混合锁模光电振荡器的微波脉冲产生系统的微波脉冲;
图4是本发明一实施例中微波脉冲产生方法的一流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,图1为本发明实施例提供的微波脉冲产生系统的一个结构示意图,微波脉冲产生系统包括激光器1、调制器2、可饱和吸收体3、光电探测器5、电放大器6、电带通滤波器7、电耦合器8和射频信号源9,所述激光器1、所述调制器2、所述可饱和吸收体3、所述光电探测器5、所述电放大器6、所述电带通滤波器7和所述电耦合器8依次连接,且所述电耦合器8与所述调制器2连接,以形成闭合的光电振荡回路,所述调制器2还与射频信号源9连接;其中,
所述激光器2,用于产生光载波;
所述射频信号源9,用于产生调制微波信号对光载波进行调制;
所述调制器2,用于将所述射频信号源9传输的调制微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号;
所述可饱和吸收体3,用于对所述调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;
所述光电探测器5,用于将所述吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;
所述电放大器6,用于将所述光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;
所述电带通滤波器7,用于对所述放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;
所述电耦合器8,用于将一部分所述滤波后的微波信号反馈至所述调制器,将另一部分所述滤波后的微波信号进行输出;
所述调制器2,还用于在接收到所述电耦合器8反馈的微波信号后,将所述电耦合器8反馈的微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号。
其中,激光器1可以是可调谐连续波激光器,调制器2可以是双驱动马赫-曾德尔调制器。
所述射频信号源9,用于产生调制微波信号。
所述激光器1的输出端口与所述调制器2的光输入端口相连接,所述调制器2的光输出端口与所述可饱和吸收体3的输入端口相连接,所述调制器2的第一微波输入端口与所述射频信号源9的输出端口相连接,所述调制器2的第二微波输入端口与所述电耦合器8的输出端口相连接;所述可饱和吸收体3的输出端口与所述光电探测器5的光输入端口相连接;所述电放大器6的输入端口与所述光电探测器6的电输出端口相连接,所述电放大器6的输出端口与所述电带通滤波器7的输入端口相连接;所述电耦合器8的输入端口与所述电带通滤波器7的输出端口相连接。
通过激光器产生光载波;通过述调制器将射频信号源传输的调制微波信号调制到光载波,形成调制光信号;通过可饱和吸收体对调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;通过光电探测器将吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;通过电放大器将光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;通过电带通滤波器对放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;通过电耦合器将一部分述滤波后的微波信号反馈至调制器,将另一部分滤波后的微波信号进行输出;在接收到电耦合器反馈的微波信号后,通过述调制器将电耦合器反馈的微波信号调制到光载波,形成调制光信号,通过调制器调制和可饱和吸收体的被动锁模非线性损耗吸收,在时域对微波信号的脉冲进行压缩,解决传统光电振荡器存在的脉冲过宽问题,实现稳定的窄脉冲微波输出。本发明提供的方法与传统的主动锁模光电振荡器产生微波脉冲技术方案相比,在相同幅值下,能够进一步提高微波脉冲的占空比,极大地压缩系统的脉冲宽度。
可选地,所述可饱和吸收体3,用于对所述调制光信号进行非线性吸收处理,并输出吸收处理后的光信号,吸收处理后的光信号的输出功率为:
其中,α0为可饱和吸收体的调制深度,Psat为可饱和吸收体的饱和功率,Vπ和VB分别为调制器的半波电压和偏置电压,P(t)为调制器输出的调制光信号的输出光功率,V'in为输入到调制器的信号,σ为调制器的插入损耗,P0为调制器接收到的光信号输入光功率。
所述激光器1用于产生光载波,令所述光载波的功率为P0;所述射频信号源9用于对光载波进行调制,令所述射频信号源9调制信号的角频率为ωRF;所述调制器2的光输入端口与所述激光器1的输出端口相连接,所述调制器2的电输入端口1与所述射频信号源9的输出端口相连接,所述调制器2的电输入端口2与所述电耦合器8的输出端口相连接;所述调制器2用于将所述微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号,则调制光信号的输出光功率可表示为:
其中σ为调制器2的插入损耗,η为由调制器消光比决定的参数,Vπ和VB分别为调制器2的半波电压和偏置电压,V'in为输入到调制器2的信号,其表达式为:
V′in(t)=[1+mcos(2πωRFt)]Vin(t)
其中,m为调制指数,ωRF为调制信号的角频率,Vin为电耦合器8的输出电压信号。从上式可以看到,光功率会被外部调制信号周期性地调制,并随时间不断变化。根据主动锁模条件,当外部调制信号的频率与光电振荡器的模式间隔满足整数倍关系时,环腔内的纵模之间形成相位锁定关系,最终在时域内相干叠加,形成稳定的微波脉冲信号。
所述可饱和吸收体3的输入端口与所述调制器2的光输出端口相连接,所述可饱和吸收体3用于将所述调制光信号非线性吸收处理,根据非线性传输特性,其对脉冲产生的损耗会随着光脉冲功率的升高而降低,形成已处理调制光信号,则已处理调制光信号的输出光功率可表示为:
其中α0为可饱和吸收体的调制深度,Psat为可饱和吸收体的饱和功率。
可选地,微波脉冲产生系统还包括传输模块,所述传输模块连接所述可饱和吸收体和所述光电探测器,所述传输模块,用于将所述吸收处理后的光信号传输至所述光电探测器。所述传输模块可包括单模光纤。
可选地,所述激光器1的输出端口与所述调制器2的光输入端口相连接,所述调制器2的光输出端口与所述可饱和吸收体3的输入端口相连接,所述调制器2的第一微波输入端口与所述射频信号源9的输出端口相连接,所述调制器2的第二微波输入端口与所述电耦合器8的输出端口相连接;所述传输模块4的输入端口与所述可饱和吸收体3的输出端口相连接,所述传输模块4的输出端口与所述光电探测器5的光输入端口相连接;所述电放大器6的输入端口与所述光电探测器6的电输出端口相连接,所述电放大器6的输出端口与所述电带通滤波器7的输入端口相连接;所述电耦合器8的输入端口与所述电带通滤波器7的输出端口相连接。
所述光电探测器5的光输入端口与所述单模光纤4的输出端口相连接,所述光电探测器5用于将所述已吸收处理的光信号进行光电转换,形成光电流,从而恢复出微波信号,进而输入到电放大器6中进行放大,再而输入到电带通滤波器7中进行滤波,得到滤波后的微波信号,通过电耦合器8,一部分进行输出,一部分输入到调制器2的电输入端口2;令光电探测器5的响应度为ρPD,阻抗为R,所述电放大器6的增益为Ga,则电带通滤波器7输出的微波信号可表示为:
在小信号近似的情况下,本发明比主动的光电振荡器增加可饱和吸收体的非线性吸收损耗,压缩了脉冲宽度。
例如,在实验环境下,利用所述射频信号源9输入调制频率为100kHz的驱动信号,利用双驱动马赫-曾德尔调制器2将频率为100kHz的微波信号调制到可调谐连续波激光器1产生的光载波上,如图3所示,图3是本发明实施例基于主被动混合锁模光电振荡器的微波脉冲产生系统的微波脉冲,图2是现有的主动锁模光电振荡器方法产生的微波脉冲,本发明实施例基于主被动混合锁模光电振荡器的微波脉冲产生系统的脉冲占空比为1 0%,比传统的主动锁模光电振荡器技术方案脉冲压缩提高62.7%。
请参阅图4,图4为本发明实施例提供的微波脉冲产生方法的一个流程示意图,该方法应用于微波脉冲产生系统,所述系统包括激光器、调制器、可饱和吸收体、光电探测器、电放大器、电带通滤波器、电耦合器和射频信号源,所述激光器、所述调制器、所述可饱和吸收体、所述光电探测器、所述电放大器、所述电带通滤波器和所述电耦合器依次连接,且所述电耦合器与所述调制器连接,以形成闭合的光电振荡回路,所述调制器还与射频信号源连接;该方法包括如下步骤:
S10、通过激光器产生光载波;
S20、通过射频信号源产生调制微波信号对光载波进行调制;
S30、通过调制器将所述射频信号源传输的调制微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号;
S40、通过可饱和吸收体对所述调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;
S50、通过光电探测器将所述吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;
S60、通过电放大器将所述光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;
S70、通过电带通滤波器对所述放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;
S80、通过电耦合器将一部分所述滤波后的微波信号反馈至所述调制器,将另一部分所述滤波后的微波信号进行输出;
S90、在接收到所述电耦合器反馈的微波信号后,通过所述调制器将所述射频信号源传输的调制微波信号和所述电耦合器反馈的微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号。
其中,激光器1可以是可调谐连续波激光器,调制器2可以是双驱动马赫-曾德尔调制器。
所述射频信号源9,用于产生调制微波信号。所述激光器1用于产生光载波,令所述光载波的功率为P0;所述射频信号源9用于对光载波进行调制,令所述射频信号源9调制信号的角频率为ωRF;所述调制器2的光输入端口与所述激光器1的输出端口相连接,所述调制器2的电输入端口1与所述射频信号源9的输出端口相连接,所述调制器2的电输入端口2与所述电耦合器8的输出端口相连接;所述调制器2用于将所述微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号,则调制光信号的输出光功率可表示为:
其中σ为调制器2的插入损耗,η为由调制器消光比决定的参数,Vπ和VB分别为调制器2的半波电压和偏置电压,V'in为输入到调制器2的信号,其表达式为:
V′in(t)=[1+mcos(2πωRFt)]Vin(t)
其中,m为调制指数,ωRF为调制信号的角频率,Vin为电耦合器8的输出电压信号。从上式可以看到,光功率会被外部调制信号周期性地调制,并随时间不断变化。根据主动锁模条件,当外部调制信号的频率与光电振荡器的模式间隔满足整数倍关系时,环腔内的纵模之间形成相位锁定关系,最终在时域内相干叠加,形成稳定的微波脉冲信号。
所述可饱和吸收体3的输入端口与所述调制器2的光输出端口相连接,所述可饱和吸收体3用于将所述调制光信号非线性吸收处理,根据非线性传输特性,其对脉冲产生的损耗会随着光脉冲功率的升高而降低,形成已吸收处理的光信号,则已吸收处理的光信号的输出光功率可表示为:
其中α0为可饱和吸收体的调制深度,Psat为可饱和吸收体的饱和功率。
在一实施例中,所述微波脉冲产生系统还包括传输模块,所述传输模块连接所述可饱和吸收体和所述光电探测器,所述方法还包括:通过所述传输模块将所述吸收处理后的光信号传输至所述光电探测器。
传输模块例如可以是单模光纤。所述光电探测器5的光输入端口与所述单模光纤4的输出端口相连接,所述光电探测器5用于将所述已处理调制光信号进行光电转换,形成光电流,从而恢复出微波信号,进而输入到电放大器6中进行放大,再而输入到电带通滤波器7中进行滤波,得到滤波后的微波信号,通过电耦合器8,一部分进行输出,一部分输入到调制器2的电输入端口2;令光电探测器5的响应度为ρPD,阻抗为R,所述电放大器6的增益为Ga,则电带通滤波器7输出的微波信号可表示为:
在小信号近似的情况下,本发明比主动的光电振荡器增加可饱和吸收体的非线性吸收损耗,压缩了脉冲宽度。
例如,在实验环境下,利用所述射频信号源9输入调制频率为100kHz的驱动信号,利用双驱动马赫-曾德尔调制器2将频率为100kHz的微波信号调制到可调谐连续波激光器1产生的光载波上,如图3所示,图3是本发明实施例基于主被动混合锁模光电振荡器的微波脉冲产生系统的微波脉冲,图2是现有的主动锁模光电振荡器方法产生的微波脉冲,本发明实施例基于主被动混合锁模光电振荡器的微波脉冲产生系统的脉冲占空比为1 0%,比传统的主动锁模光电振荡器技术方案脉冲压缩提高62.7%。
本微波脉冲产生方法,通过述调制器将射频信号源传输的调制微波信号调制到光载波,形成调制光信号;通过可饱和吸收体对调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;通过光电探测器将吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;通过电放大器将光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;通过电带通滤波器对放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;通过电耦合器将一部分述滤波后的微波信号反馈至调制器,将另一部分滤波后的微波信号进行输出;在接收到电耦合器反馈的微波信号后,通过述调制器将电耦合器反馈的微波信号调制到光载波,形成调制光信号,通过调制器调制和可饱和吸收体的被动锁模非线性损耗吸收,在时域对微波信号的脉冲进行压缩,解决传统光电振荡器存在的脉冲过宽问题,实现稳定的窄脉冲微波输出。本发明提供的方法与传统的主动锁模光电振荡器产生微波脉冲技术方案相比,在相同幅值下,能够进一步提高微波脉冲的占空比,极大地压缩系统的脉冲宽度。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述微波脉冲产生方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微波脉冲产生系统,其特征在于,所述系统包括激光器、调制器、可饱和吸收体、光电探测器、电放大器、电带通滤波器、电耦合器和射频信号源,所述激光器、所述调制器、所述可饱和吸收体、所述光电探测器、所述电放大器、所述电带通滤波器和所述电耦合器依次连接,且所述电耦合器与所述调制器连接,以形成闭合的光电振荡回路,所述调制器还与射频信号源连接;其中,
所述激光器,用于产生光载波;
所述射频信号源,用于产生调制微波信号对光载波进行调制;
所述调制器,用于将所述射频信号源传输的调制微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号;
所述可饱和吸收体,用于对所述调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;
所述光电探测器,用于将所述吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;
所述电放大器,用于将所述光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;
所述电带通滤波器,用于对所述放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;
所述电耦合器,用于将一部分所述滤波后的微波信号反馈至所述调制器,将另一部分所述滤波后的微波信号进行输出;
所述调制器,还用于在接收到所述电耦合器反馈的微波信号后,将所述射频信号源传输的调制微波信号和所述电耦合器反馈的微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号。
2.根据权利要求1所述微波脉冲产生系统,其特征在于,还包括传输模块,所述传输模块连接所述可饱和吸收体和所述光电探测器,所述传输模块,用于将所吸收处理后的光信号传输至所述光电探测器。
3.根据权利要求2所述微波脉冲产生系统,其特征在于,所述传输模块包括单模光纤。
4.根据权利要求1-3任一项所述微波脉冲产生系统,其特征在于,所述可饱和吸收体,用于对所述调制光信号进行非线性吸收处理,并输出吸收处理后的光信号,吸收处理后的光信号的输出功率为:
其中,α0为可饱和吸收体的调制深度,P sat为可饱和吸收体的饱和功率,Vπ和V B分别为调制器的半波电压和偏置电压,P(t)为调制器输出的调制光信号的输出光功率,V'in为输入到调制器的信号,σ为调制器的插入损耗,P0为调制器接收到的光信号输入光功率。
5.根据权利要求3所述微波脉冲产生系统,其特征在于,所述激光器的输出端口与所述调制器的光输入端口相连接,所述调制器的光输出端口与所述可饱和吸收体的输入端口相连接,所述调制器的第一微波输入端口与所述射频信号源的输出端口相连接,所述调制器的第二微波输入端口与所述电耦合器的输出端口相连接;所述传输模块的输入端口与所述可饱和吸收体的输出端口相连接,所述传输模块的输出端口与所述光电探测器的光输入端口相连接;所述电放大器的输入端口与所述光电探测器的电输出端口相连接,所述电放大器的输出端口与所述电带通滤波器的输入端口相连接;所述电耦合器的输入端口与所述电带通滤波器的输出端口相连接。
6.一种微波脉冲产生方法,其特征在于,应用于微波脉冲产生系统,所述系统包括激光器、调制器、可饱和吸收体、光电探测器、电放大器、电带通滤波器、电耦合器和射频信号源,所述激光器、所述调制器、所述可饱和吸收体、所述光电探测器、所述电放大器、所述电带通滤波器和所述电耦合器依次连接,且所述电耦合器与所述调制器连接,以形成闭合的光电振荡回路,所述调制器还与射频信号源连接;所述方法包括:
通过所述激光器产生光载波;
通过所述射频信号源产生调制微波信号对光载波进行调制;
通过所述调制器将所述射频信号源传输的调制微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号;
通过所述可饱和吸收体对所述调制光信号进行非线性吸收,并输出吸收处理后的光信号;
通过所述光电探测器将所述吸收处理后的光信号进行光电转换,形成光电流,并输出微波信号;
通过所述电放大器将所述光电探测器输出的微波信号进行放大处理,输出放大后的微波信号;
通过所述电带通滤波器对所述放大后的微波信号进行滤波处理,输出滤波后的微波信号;
通过所述电耦合器将一部分所述滤波后的微波信号反馈至所述调制器,将另一部分所述滤波后的微波信号作进行输出;
在接收到所述电耦合器反馈的微波信号后,通过所述调制器将所述射频信号源传输的调制微波信号和所述电耦合器反馈的微波信号调制到所述光载波,形成调制光信号。
7.根据权利要求6任一项所述方法,其特征在于,所述微波脉冲产生系统还包括传输模块,所述传输模块连接所述可饱和吸收体和所述光电探测器,所述方法还包括:
通过所述传输模块将所述吸收处理后的光信号传输至所述光电探测器。
8.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6或7所述微波脉冲产生方法的步骤。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102868084A (zh) * | 2012-08-03 | 2013-01-09 | 泰州巨纳新能源有限公司 | 基于石墨烯的混合锁模技术 |
| US20160149377A1 (en) * | 2013-06-20 | 2016-05-26 | Technische Universität Berlin | Optoelectronic oscillator |
| CN106129799A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-11-16 | 张家港初恒激光科技有限公司 | 基于石墨烯的混合锁模激光器 |
| US20180048113A1 (en) * | 2015-04-08 | 2018-02-15 | Imra America, Inc. | Systems and methods for low noise frequency multiplication, division, and synchronization |
| CN111342332A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-26 | 杭州电子科技大学 | 主动锁模光电振荡器 |
| CN113161863A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-07-23 | 电子科技大学 | 基于时域锁模光电振荡器的微波脉冲产生装置及方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102868084A (zh) * | 2012-08-03 | 2013-01-09 | 泰州巨纳新能源有限公司 | 基于石墨烯的混合锁模技术 |
| US20160149377A1 (en) * | 2013-06-20 | 2016-05-26 | Technische Universität Berlin | Optoelectronic oscillator |
| US20180048113A1 (en) * | 2015-04-08 | 2018-02-15 | Imra America, Inc. | Systems and methods for low noise frequency multiplication, division, and synchronization |
| CN106129799A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-11-16 | 张家港初恒激光科技有限公司 | 基于石墨烯的混合锁模激光器 |
| CN111342332A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-26 | 杭州电子科技大学 | 主动锁模光电振荡器 |
| CN113161863A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-07-23 | 电子科技大学 | 基于时域锁模光电振荡器的微波脉冲产生装置及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 江阳 等: "基于光电振荡器的光脉冲和电微波信号发生器", 红外与激光工程, no. 05, 25 October 2007 (2007-10-25) * |
| 郝腾飞 等: "多波段线性调频傅里叶域锁模光电振荡器", 应用科学学报, no. 04, 30 July 2020 (2020-07-30) * |
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