1 中国兵器装备集团公司 武汉滨湖电子有限责任公司， 武汉 430205
2 中国电子科技集团公司第三十八研究所， 合肥 230088
瞬时测频(IFM)是现代电子战中的一项重要技术。基于光子辅助的IFM技术具有大带宽、低损耗、小尺寸、轻重量和抗电磁干扰等优势，可克服传统电子学方法的瓶颈，因此备受青睐。文章在已有研究基础上，给出了另一种测频误差更小的光子辅助瞬时测频方法，通过搭建具有射频功率响应互补特性的光链路，实现了对0.5~18.5GHz信号的频率测量。研究表明，链路的信号增益实测结果与理论吻合，据此构造的幅度比较函数随频率变化更加剧烈，非常有利于实现准确的频率测量，获得了优于30MHz的测量精度。而且，该方法较为简单，只需少量的常规器件即可实现，抗环境变化能力也得到提升。通过更换高频的调制器和光电探测器，可实现对更高波段信号的频率测量。
瞬时测频 互补 误差 幅度比较函数 instantaneous frequency measurement complementary error amplitude comparison function
武汉滨湖电子有限责任公司，湖北 武汉 430205
瞬时测频（IFM）是现代电子战中的一项重要技术。传统基于电子学的方法由于自身瓶颈面临极大的挑战，基于光子辅助的IFM技术因其具有大带宽、低损耗、小尺寸、轻重量和抗电磁干扰等优势而备受关注。推导了基于双臂非平衡光链路的瞬时测频理论，并采用简单的器件搭建了验证系统，实现了对0.5~18.5 GHz信号的频率测量。研究表明：实测结果与理论非常吻合，并获得了较优的测量精度（±60 MHz以内）。相位调制链路的采用使得系统的前端得到简化，因而在**应用上有较好的潜力。
瞬时测频 幅度比较函数 相位调制 非平衡光链路 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712001
河南理工大学物理与电子信息学院，河南 焦作 454003
提出了一种基于非均匀光频梳的多频率瞬时信号检测方案。以功率非均匀下降的光频梳功率比为参照，利用待测信号与光频梳的拍频功率比确定信号的频率范围，再由解调后的频率信息计算待测信号的精确频率。仿真实现了0~20 GHz范围内多频信号的瞬时测量，误差范围为0~23 MHz。此外，分析了激光器线宽、光纤布拉格光栅中心频率、调制器偏置电压和光混频器相差对测量结果的影响。结果显示：该系统对激光器线宽和混频器相差的改变不敏感，光纤布拉格光栅中心频率和调制器偏置电压会影响光频梳信号的功率比；当功率比区分度较大时，系统稳定性更高，误差更小。
光纤光学 射频光子学 瞬时频率测量 光频梳 光纤布拉格光栅 双平行马赫-曾德尔调制器 光学学报
2022, 42(23): 2306004
河南理工大学 物理与电子信息学院，河南 焦作 454003
提出了一种瞬时多频率微波信号测量方案，采用单个激光源，将待测微波信号调制的光载波作为泵浦光，利用波分复用形成多路结构，同时与分路后的光频梳一一对应送入色散位移光纤，利用受激布里渊散射原理实现频率到空间的映射，通过监测相应通道输出光信号强度的变化，即可判断待测微波信号的频率。在仿真实验中，分别对0~25 GHz范围内的单频信号和多频信号进行了瞬时测频，实验结果显示含有待测微波信号的通道与其他通道相比输出功率有明显增大。该方法可同时测量0.1~25 GHz的单频或多频的微波信号，频率测量分辨率为0.1 GHz，测量误差为±0.05 GHz。此外，分析了调制器偏置电压漂移对实验结果的影响。仿真结果表明，此方案对偏置电压漂移带来的影响有一定的抵抗能力。
微波光子 瞬时测频 受激布里渊散射 光频梳 马赫增德尔调制器 Microwave photon Instantaneous frequency measurement Stimulated Brillouin scattering Optical frequency comb Mach-Zehnder Modulator
提出了一种基于偏振延时干涉的瞬时频率测量(IFM)系统。通过检测两路正交偏振信号的光功率,建立了振幅比较函数(ACF)。计算结果表明,ACF仅与待测微波信号频率以及利用保偏光纤(PMF)双折射效应引入的时延差有关,并且调节时延差可实现ACF测量范围及精度的可调谐。仿真结果表明,频率范围为0~25 GHz的IFM系统的绝对误差容限为300 MHz。此外,讨论了激光器波长漂移、射频信号强度、马赫-曾德尔调制器(MZM)的偏置电压漂移、MZM消光比、偏振控制器2(PC2)偏振角漂移对系统测量频率的影响。与同类方法相比,所提方案中采用了PMF和偏振分束一体化结构,在实现频率范围可调的同时,简化了系统结构并降低了成本。
光信号处理 射频光子学 瞬时频率测量 偏振延时干涉 光学学报
2021, 41(21): 2107001
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Intelligent Microwave Lightwave Integration Innovation Center (imLic), Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
We demonstrate a chip-scale scheme of Brillouin instantaneous frequency measurement (IFM) in a CMOS-compatible doped silica waveguide chip. In the chip-scale Brillouin IFM scheme, the frequency-to-power mapping process is achieved by one-shot detection without additional time averaging and implemented by lock-in amplification, which successfully detects the Brillouin gain of the doped silica waveguide chip in the time domain. A Costas frequency modulated signal ranging from 8 GHz to 9 GHz is experimentally measured, and the frequency measurement errors are maintained within 58 MHz.
instantaneous frequency measurement stimulated Brillouin scattering lock-in amplification waveguide chip Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 113902
1 空军工程大学信息与导航学院，陕西 西安 710077
2 中国人民解放军75835部队，广东 广州 510500
提出一种基于单光路偏振复用技术的微波瞬时频率测量方案。该方案仅需要一个双偏振-双驱动的马赫-曾德尔调制器来提供受激布里渊散射所需的泵浦光与探测光。与现有的双路布里渊散射方案相比，本方案结构简单，系统体积明显减小，泵浦光与探测光干涉稳定且可控，且系统的稳定性增强了。待测微波信号经过载波抑制双边带调制后作为泵浦光，扫频探测信号经过相位调制后作为探测光，利用受激布里渊散射效应实现从相位调制到强度调制的转换。通过建立扫描频率与输出光功率的映射关系，实现了微波信号瞬时频率测量。此外，建立了理论模型和仿真模型来分析泵浦光波长抖动、直流偏置点漂移、电移相器相位漂移，以及泵浦光、探测光偏振状态偏移对频率测量精度的影响。研究结果表明，该方案可以实现30 GHz以上微波信号的频率测量，且最大绝对测量误差不超过30 MHz，相对测量误差低于2%。该方法通过增大扫频探测信号的扫描范围和调制器的调制频率范围，可进一步扩展频率测量范围，在低成本、宽频谱的雷达侦测领域具有良好的应用前景。
散射 微波光子学 微波瞬时频率测量 双偏振马赫-曾德尔调制器 受激布里渊散射 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1929002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics, Ministry of Education, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
2 Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
A broadband instantaneous multi-frequency measurement system based on chirped pulse compression, which potentially has a sub-megahertz (MHz) accuracy and a hundred-gigahertz (GHz) measurement range, is demonstrated. A signal-under-test (SUT) is converted into a carrier-suppressed double-sideband (CS-DSB) signal, which is then combined with an optical linearly frequency-modulated signal having the sweeping range covering the +1st-order sideband of the CS-DSB signal. With photodetection, low-pass filtering, and pulse compression, accurate frequencies of the SUT are obtained via locating the correlation peaks. In the experiment, single- and multi-frequency measurements with a measurement range from 3 to 18 GHz and a measurement accuracy of <±100 MHz are achieved.
instantaneous frequency measurement chirped pulse compression frequency-to-time mapping microwave photonics Chinese Optics Letters
2021, 19(10): 101202
昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500
利用两个相位调制器、两个环形器、一个电光调制器等可使光在上下两路高非线性光纤中发生受激布里渊散射，构成双对称受激布里渊散射效应的瞬时微波频率测量系统。利用系统输出光功率比与待测微波信号之间一一对应的关系，建立幅度比较函数，实现微波频率测量。理论分析结果表明，通过调节高非线性光纤的线中心增益系数差值和布里渊频移差值，可以改变微波频率的测量范围和测量误差；当线中心增益系数差值为30、布里渊频移差值为2 GHz时，频率测量范围为0~18 GHz，测量误差小于52 MHz；当线中心增益系数差值为30，布里渊频移差值为0.4 GHz，频率测量范围为0~21 GHz，测量误差小于148 MHz。
光纤光学 受激布里渊散射 幅度比较函数 瞬时频率测量 相位调制 强度调制 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0906001
上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
针对布里渊模拟信号处理系统小型化的需求, 提出一种基于掺杂氧化硅波导的受激布里渊散射瞬时频率测量(SBS-IFM)方案。这种方案在链路中添加锁相放大器与滤波器, 有效滤除了反射光, 放大并观测到了掺杂氧化硅波导中的布里渊增益信号。通过相对移动泵浦光和探测光的调制频率, 实现了基于掺杂氧化硅波导的SBS-IFM, 其IFM范围约15 GHz,精度达60 MHz。
微波光子 瞬时频率测量 布里渊增益 氧化硅波导 模拟信号处理 microwave photons instantaneous frequency measurement Brillouin gain silica waveguide analog signal processing
