基于光频梳与光学傅里叶变换的高频电磁波频率检测

摘要

高频电磁波频率测量及分析在军用、民用领域有着重要的战略地位和重大需求，并随着跳频通信、电子对抗中工作频率和跳频速率的不断攀升面临着前所未有的挑战。因为光子技术天然的具有速度快、带宽大的优势，光子微波测频技术应运而生，并且快速发展，因而近年来国内外研究机构报道了不少研究成果和技术方案。
　　本文以高频电磁波(1-100GHz)的快速频率测量为主要研究方向，首次采用基于光纤色散的光学傅里叶变换频谱分析与光学频率梳相结合的方法，设计出测频方案，该方案主要利用光学傅里叶变换频谱分析功能和光频梳的频率尺度功能，在光学傅里叶变换计算出频率的基础上用光频梳进一步修正测量频率。通过仿真软件对本设计进行了仿真验证，并对测频精度的影响因素进行了分析。具体做了如下工作:
　　对高频电磁波实时测频的需求进行了分析，明确了研究工作的目的和意义。
　　对测频方案的两方面基础理论支撑进行了方案介绍和数学分析。一方面对典型的光学频率梳产生方案进行了详细的介绍，并对其原理进行了数学分析;另一方面对光学傅里叶变换测频技术进行了纵向介绍，介绍了光学傅里叶变换的产生方案，从理论上对光学傅里叶变换频谱分析和频率测量进行了详细分析，并对其关键部分时间透镜进行了详尽的原理介绍和理论分析，最后对光学傅里叶变换测频进行了实验验证。
　　使用OptiSystem软件对本设计进行了仿真验证，用数据证明该方案达到了对高频电磁波实时测频的目的，并且相较于光学傅里叶变换测频该方案的测频精度有了质的提升，分析了高阶色散对测频精度的影响，并且给出了相应的解决策略。
　　综上所述，本文从光学频率梳和基于时间透镜的光学傅里叶变换入手，设计了新的测频方案。通过仿真对设计进行了验证，结果证明本设计能够完成对1-100GHz电磁波的实时频率测量，且有很高的精度，同时分析了影响测频精度的因素，并提出了相应的解决办法。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 基于光子技术的微波频率测量的背景及意义

1．2 光子型微波频率测量方案介绍

1．2．1 扫描型测频方案

1．2．2 频率幅度映射型测频方案

1．2．3 频率空间映射型测频方案

1．2．4 频率时域映射型测量方案

1．2．5 基于光域压缩采样技术

1．3 研究的内容与意义

1．4 论文的结构安排

2 光频梳的产生

2．1 光学频率梳的产生方案

2．2 基于调制器的光频梳方案

2．2．1 调制器级联产生光频梳的典型方案

2．2．2 光频梳调制器器件原理

2．3 基于调制器级联的光频梳数学原理及性能影响因素分析

2．3．1 基于调制器级联的光频梳数学分析

2．3．2 影响光频梳平坦度的因素

2．4 本章小结

3 光学傅里叶变换频谱分析

3．1 傅里叶变换

3．1．1 傅里叶变换的提出及发展

3．1．2 傅里叶变换的光域实现

3．2 光学傅里叶变换频谱分析

3．3 光学傅里叶变换测频

3．3．1 时间透镜

3．3．2 光学傅里叶变换理论分析

3．3．3 从频谱中提取频率信息

3．4 本章小结

4 仿真与分析

4．1 光学频率梳的仿真实现

4．2 光学傅里叶变换的仿真实现

4．3 基于光频梳和光学傅里叶变换测频系统的仿真实现

4．3．1 仿真方案

4．3．2 仿真分析

4．3．3 高阶色散对测频精度的影响分析

4．4 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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