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专利号: 2020107446860
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于色散傅里叶变换的瞬时微波频率测量装置,其特征在于,包括:超短光脉冲光源、色散傅里叶变化模块Ⅰ、电光强度调制器、光功分器、色散傅里叶变化模块Ⅱ、非线性光子混频模块、光电探测器Ⅰ、光电探测器Ⅱ、微波功率耦合器和频谱分析模块;其中,超短光脉冲光源依次连接色散傅里叶变化模块Ⅰ、电光强度调制器,电光强度调制器通过光功分器一路与光电探测器Ⅰ相连接,另一路与色散傅里叶变化模块Ⅱ相连接,所述色散傅里叶变化模块Ⅱ依次通过非线性光子混频模块、光电探测器Ⅱ与微波功率耦合器相连接,所述光电探测器Ⅰ也与微波功率耦合器相连接,所述微波功率耦合器耦合后与频谱分析模块相连接;其中,超短光脉冲光源用于产生超短光脉冲,色散傅里叶变化模块Ⅰ用于实现对超短光脉冲的脉宽色散时间拉伸展宽,电光强度调制器用于将待测微波信号加载到拉伸后光脉冲上,光功分器用于将光信号一分为二,色散傅里叶变化模块Ⅱ用于将调制了待测微波信号的光脉冲进一步色散时间拉伸展宽,非线性光子混频模块用于实现光的非线性效应,光电探测器Ⅰ用于对光信号进行光电转换,光电探测器Ⅱ用于对光信号进行光电转换,微波功率耦合器用于对两路微波信号进行耦合,和频谱分析模块用于对电信号的频谱进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于色散傅里叶变换的瞬时微波频率测量装置,其特征在于,所述超短脉冲光源、色散傅里叶变化模块Ⅰ、电光强度调制器、光功分器、色散傅里叶变化模块Ⅱ、非线性光子混频模块、光电探测器Ⅰ和光电探测器Ⅱ为光路连接;

所述光电探测器Ⅰ、光电探测器Ⅱ、微波功率耦合器和频谱分析模块之间都为电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于色散傅里叶变换的瞬时微波频率测量装置,其特征在于,所述色散傅里叶变化模块是色散介质,可以为单模光纤或光纤光栅,用于实现超短脉冲光源的光脉宽拉伸展宽。

4.根据权利要求1所述的一种基于色散傅里叶变换的瞬时微波频率测量装置,其特征在于,所述非线性光子混频模块为利用非线性效应如交叉增益调制效应、四波混频效应等实现光子混频,采用高非线性光纤和非线性半导体光放大器。

5.一种基于权利要求1-4所述装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:

超短光脉冲光源经过色散傅里叶变化模块Ⅰ产生线性啁啾光脉冲,并实现脉宽展宽,将待测微波信号通过电光强度调制器加载到线性啁啾光脉冲上,经过色散傅里叶变换模块Ⅱ后的光信号利用非线性混频模块实现二次时间拉伸微波信号与光频梳的混频,此时,二次时间拉伸降频前后的待测微波信号与同一光脉冲的光子混频,从而等效成同一微波信号与两个不同重频光频梳的混频,即利用单光频梳实现双光频梳混频,再根据混频成分之间的频率交叉互参考关系,通过分析耦合后混频下变频信号之间的频率互参考关系,最终得到待测微波信号频率。

6.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于,所述通过色散傅里叶变换模块Ⅱ的二次时间拉伸降频前后的待测微波信号频率分别为fs和fs/M,待测微波信号的频率为fs,M为色散时间拉伸倍数,即链路色散傅里叶变换模块Ⅰ和Ⅱ总色散量与色散傅里叶变换模块Ⅱ色散量的比值,该过程等效成同一待测微波信号与两个不同重频光频梳的混频,等效光频梳重复频率分别为fr1和fr2,且满足fr2=M*fr1,得到的所有频率小于fr2的混频信号分别为fa、fb、fc和fd,其中fa+fb=fr1,fc+fd=fr2,fr2-fr1=Δf;

所述频率互参考关系为,若存在正整数N和混频信号fa,使得|fa-fc|=N×Δf和|fb-fd|=(N+1)×Δf同时成立,则待测频率fs=N×fr1+fa;若存在正整数N和混频信号fa,使得fa+fc=N×Δf成立,则待测微波信号频率为频率fs=N×fr1+fa。

7.根据权利要求6所述的测量方法,其特征在于,重频为fr1的超短光脉冲光源产生的光频梳可用一系列高斯脉冲串叠加来表示,在频域表达为:其中fr1=1/Tr1,Tr1和T0分别为脉冲周期和高斯光脉冲的半高全宽,E0为光源的幅度,f为光脉冲的频率,δ(f)为冲击函数的频域表示形式,n为整数,当为单模光纤时,超短光脉冲通过色散傅里叶变换模块Ⅰ色散傅里叶变换后,实现“波长-时间”映射,输出的啁啾光脉冲在频域可表示为:其中L1为单模光纤的长度,β2为其群速度色散系数,j为复数;

通过电光强度调制器将频率为fs的待测微波信号调制到啁啾光脉冲上,在小信号近似条件下,调制光信号可表示为:

其中m为调制系数,符号“*”为卷积运算。

调制光脉冲经过色散傅里叶变换模块Ⅱ即长度为L2的单模光纤色散傅立叶变换后,其输出频谱为:

其在时域中可以表示为:

其中M=(L1+L2)/L1为时间拉伸倍数,t为时间,此时,原频率为fs的微波信号被色散傅里叶变换拉伸降频为fs/M的微波信号。