[发明专利]一种基于温控的色散延时光波束修正方法

说明书

本发明公开了一种基于温控的色散延时光波束修正方法，采用数个电光变换通道连接天线单元或子阵，接收微波信号，每个通道对应一个天线单元或一个子阵，经电光变换，各通道将不同波长的微波信号加载至光信号，采用合波器件将不同波长的光信号合成一路光信号，采用数个光开关组成色散延时阵列，接收光信号，不同波长的光信号产生不同的延时差和渐变的相位差，分别控制每个光开关，调整各通道对应的光信号之间的延时差和相位差，减少非线性畸变，形成特定指向的波束。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种非线性抑制技术。

背景技术

微波光子技术将光子的大带宽、低损耗优势应用于相控阵雷达等系统，可实现微波信号的远距离传输、任意波形信号的产生、超宽带信号的采样和宽带宽角波束的形成。

光波束形成网络是光控相控阵雷达实现宽带宽角扫描的重要组成部分，现阶段实现光真延时，大致分为两种技术：一种是传输延时，另一种是色散延时。

传输延时通过控制光传输介质的长度来实现延时，灵活度高，适用性广，但是需要的设备多，加工难度高。如果传输介质是光纤，高频段的加工精度在0.1mm以下，现有加工技术难以高效实现。如果传输介质是光波导，存在插入损耗和有效折射率的问题，大延时量遇到挑战。

色散延时通过改变光波长来实现各通道相对延时量的变化，由于介质存在色散效应，即使在相同的色散介质中，不同波长的光对应的延时量也不同。该方案实现简单，设备少，对光色散介质加工误差的容忍度高。通过机械测量即可将光纤长度的误差控制在0.1m以下，各通道间的最大延时差不超过0.04ps。

色散介质存在非线性效应，传统的等间隔波长会引起光波束畸变。如果分析色散延时的线性和非线性因素，将传统的等间隔光波长按照新方法调整控制，使其输出的波长阵列呈非等间隔分布，就能够抑制色散的非线性效应，改善畸变问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于温控的色散延时光波束修正方法，控制激光器温度，改变激光器阵列波长分布，不再遵循传统技术的等间隔分布，其间隔呈现非线性变化的规律，抑制色散的非线性效应，改善传统色散方案的光波束形成的畸变问题，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

采用数个电光变换通道连接天线单元或子阵，接收微波信号，每个通道对应一个天线单元或一个子阵，经电光变换，各通道将不同波长的微波信号加载至光信号，采用合波器件将不同波长的光信号合成一路光信号，采用数个光开关组成色散延时阵列，接收光信号，不同波长的光信号产生不同的延时差和渐变的相位差，分别控制每个光开关，调整各通道对应的光信号之间的延时差和相位差，减少非线性畸变，形成特定指向的波束。

进一步的，利用波长间隔非线性变化与色散系数非线性变化趋势相反的特性，通过温控的方式调整激光器的波长，使激光器阵列的波长间隔与色散介质的非线性趋势相反，抵消色散延时造成的非线性畸变，使各通道的相对色散量保持线性关系。

具体的，设波长间隔Δλ的两个光波长在长度L、色散系数D(λ)的介质中产生的相对延时量Δτ＝D(λ)×L×Δλ，其中D(λ)包含线性项和非线性项，设波长λ的色散斜率S与色散系数之比RDS＝S/D是相对色散斜率，设基准波长的色散系数是D₀，则D(λ)＝D₀(1+RDS*Δλ)，设光速c和通道间隔d，则波束指向θ与通道之间的延时差sinθ＝Δτ×c/d，用sinθ＝D₀(1+RDS×Δλ)×L×Δλ×c/d描述波束指向与色散系数的关系。

虽然色散系数随波长变化有微小变化，但是在一定波段范围内，相对色散斜率RDS基本保持不变，可以忽略更高阶的非线性色散量。