本发明公开一种基于正交偏振调制的三角波生成装置及方法，主要解决现有技术的直流偏置漂移、调控不精准、方法复杂度高的问题。本发明的装置采用第一偏振分束器和第二偏振分束器的级联结构、第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的并联结构；本发明的方法在设置产生雷达三角波装置中的器件参数为固定值之后，对正交偏振态的光分量分别进行相位调制；光电探测器对光滤波器产生的非负边带光信号进行拍频得到雷达三角波。本发明具有不受直流偏置漂移问题的影响、调控精准、简单等优点，适用于温度、湿度、电磁干扰等因素变化复杂的雷达系统、信号处理系统、无线和有线通信系统。
1.一种基于正交偏振调制的三角波生成装置，包括激光源、第一偏振控制器、第一偏振分束器、第二偏振控制器、第二偏振分束器、本振信号源、电功率分配器、反相器、第一电光相位调制器、第三偏振控制器、第二电光相位调制器、第一偏振合束器、第一偏振片、第二偏振合束器、第二偏振片、光滤波器和光电探测器，其特征在于，第一偏振分束器和第二偏振分束器采用级联结构，对激光源产生的连续光载波信号进行连续两次偏振态正交分离；第一电光相位调制器和第二电光相位调制器采用并联结构，分别连接于第一偏振分束器的水平端口和垂直端口；其中：所述的激光源，用于产生一个时域连续的光载波信号，并输出给第一偏振控制器；
所述的第一偏振控制器，用于将连续光载波信号的偏振态以偏振角为 进行旋转，得到旋转后的连续光载波信号作为第一调偏光信号，并输出给第一偏振分束器；
所述的第一偏振分束器，用于将第一调偏光信号进行偏振态正交分离，在第一偏振分束器的水平端口产生第一水平分量，在垂直端口产生第一垂直分量作为下路光信号，并将第一水平分量输出给第二偏振控制器，第一垂直分量输出给第二偏振合束器的垂直端口；
所述的第二偏振控制器，用于将第一偏振分束器的水平端口产生的第一水平分量的偏振态以偏振角为 进行旋转，将旋转后的第一水平分量作为第二调偏光信号，并输出给第二偏振分束器；
所述的第二偏振分束器，用于将第二调偏光信号进行偏振态正交分离，在第二偏振分束器的水平端口产生第二水平分量，垂直端口产生第二垂直分量，并将第二水平分量输出给第一电光相位调制器的光输入端口，第二垂直分量输出给第二电光相位调制器的光输入端口；
所述的本振信号源，用于产生一个单频本振信号，并输出给电功率分配器；
所述的电功率分配器，用于将对单频本振信号进行二等功率分配，得到上路本振信号和下路本振信号，并将上路本振信号输出给反相器，将下路本振信号作为正相本振信号后输出给第二电光相位调制器的电输入端口；
所述的反相器，用于对上路本振信号进行反相处理，得到反相本振信号，并输出给第一电光相位调制器的电输入端口；
所述的第一电光相位调制器，用于根据反相本振信号对第二水平分量进行相位调制得到调相信号，并输出给第三偏振控制器；
所述的第三偏振控制器，用于对调相信号引入静态相移π，得到反相调制信号，并输出给第一偏振合束器的水平端口；
所述的第二电光相位调制器，用于根据正相本振信号对第二垂直分量进行相位调制，得到正相调制信号，并输出给第一偏振合束器的垂直端口；
所述的第一偏振合束器，用于将反相调制信号和正相调制信号进行耦合，得到一次耦合信号，并输出给第一偏振片；
所述的第一偏振片，用于合成一次耦合信号的偏振态，得到上路光信号，并输出给第二偏振合束器的水平端口；
所述的第二偏振合束器，用于对上路光信号和下路光信号进行耦合，得到二次耦合信号，并输出给第二偏振片；
所述的第二偏振片，用于以 合成二次耦合信号的偏振态，得到偏振态合成光信号，并输出给光滤波器；
所述的光滤波器，用于滤除偏振态合成光信号的负边带，得到非负边带光信号，并输出给光电探测器；
所述的光电探测器，将非负边带光信号进行拍频检测，得到雷达三角波。
2.一种基于正交偏振调制的三角波生成方法，其特征在于，在设置产生雷达三角波装置中的器件参数为固定值之后，第一偏振分束器将第一调偏光信号进行偏振态正交分离；
第二偏振分束器将第二调偏光信号进行偏振态正交分离，在相互正交的偏振态上分别利用第一电光相位调制器和第二电光相位调制器对第二调偏光信号进行相位调制；光电探测器对光滤波器产生的非负边带光信号进行拍频得到雷达三角波；该方法的具体步骤包括如下：(1)设置微波光子装置参数：
(1a)将激光源的频率设置为193.1太赫兹；本振信号源的频率设置为10吉赫兹，幅度设置为1.51伏；
(1b)将第一偏振控制器的角度设置为 第二偏振控制器的角度设置为 第三偏振控制器引入的静态相移设置为π；
(1c)将第一偏振片的角度设置为0，第二偏振片的角度设置为(1d)将光滤波器的中心频率设置为193.1太赫兹+20吉赫兹，带宽设置为50吉赫兹；
(1e)将第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的半波电压均设置为π伏；
本振信号源产生一个单频本振信号，激光源产生一个时域连续的光载波信号；
(3a)单频本振信号输入电功率分配器，电功率分配器对其进行二等功率分配，得到上路本振信号和下路本振信号；
(3b)上路本振信号输入反相器，反相器对其进行反相处理，得到反相本振信号，将下路本振信号输出为正相本振信号；
(4a)连续光载波信号输入第一偏振控制器，采用偏振控制方法，对第一偏振控制器旋转偏振态后的连续光载波信号进行偏振态正交分离，将第一偏振分束器垂直端口产生的第一垂直分量直接作为下路光信号；
(4b)第一偏振分束器和第二偏振分束器采用级联结构，对激光源产生的连续光载波信号进行连续两次偏振态正交分离；第一电光相位调制器和第二电光相位调制器采用并联结构，分别连接于第一偏振分束器的水平端口和垂直端口；采用正交偏振调制方法，对第一偏振分束器水平端口产生的第一水平分量经过正交偏振调制，得到一次耦合信号，第一偏振片将一次耦合信号进行偏振态合成，产生的单一偏振态信号作为上路光信号；
第一步，第二偏振控制器将第一偏振分束器的水平端口产生的第一水平分量的偏振态以偏振角为 进行旋转，将旋转后的第一水平分量作为第二调偏光信号；
第二步，第二偏振分束器将第二调偏光信号进行偏振态正交分离，在第二偏振分束器的水平端口产生第二水平分量，垂直端口产生第二垂直分量；
第三步，第一电光相位调制器根据反相本振信号对第二水平分量进行相位调制得到调相信号；
第四步，第三偏振控制器对调相信号引入静态相移π，得到反相调制信号；
第五步，第二电光相位调制器根据正相本振信号对第二垂直分量进行相位调制，得到正相调制信号；
第六步，第一偏振合束器将反相调制信号和正相调制信号进行耦合，得到一次耦合信号；
上路光信号和下路光信号输入第二偏振合束器，第二偏振合束器对其进行耦合，得到二次耦合信号；
二次耦合信号输入第二偏振片，第二偏振片以 合成二次耦合信号的偏振态，得到偏振态合成光信号；
偏振态合成光信号输入光滤波器，光滤波器滤除其负边带，得到非负边带光信号；
非负边带光信号输入光电探测器，光电探测器将其进行拍频检测，得到雷达三角波。
3.根据权利要求2所述的基于正交偏振调制的三角波生成方法，其特征在于：步骤(3b)中所述的反相处理是指，对上路本振信号的相位改变180°，得到与上路本振信号的相位相差180°的反相本振信号。
4.根据权利要求2所述的基于正交偏振调制的三角波生成方法，其特征在于：步骤(4a)中所述的偏振控制方法具体步骤如下：第一步，第一偏振控制器将连续光载波信号的偏振态以偏振角为 进行旋转，得到旋转后的连续光载波信号作为第一调偏光信号；
第二步，第一偏振分束器将第一调偏光信号进行偏振态正交分离，在第一偏振分束器的水平端口产生第一水平分量，在垂直端口产生第一垂直分量作为下路光信号。
5.根据权利要求2所述的基于正交偏振调制的三角波生成方法，其特征在于：步骤(4a)中所述的偏振态正交分离是指，将第一偏振控制器旋转偏振态后的连续光载波信号分解成偏振角相差90°的两个分量。
基于正交偏振调制的三角波生成装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于通信技术领域，更进一步涉及微波信号技术领域中一种基于正交偏振调制的三角波生成装置及方法。利用本发明可以生成工作在温度、湿度、电磁干扰等因素变化复杂的雷达系统、信号处理系统、无线和有线通信系统用于实现线性调频、脉冲压缩等功能的三角波。
背景技术
[0002] 由于电学中速率受限、频率受限等“电子瓶颈”的限制，目前电学三角波生成技术无法满足日益增长的低损、高频、宽带等诸多通信需求。通过微波光子学的方法生成三角波，利用光与电的相互作用，结合光子学损耗低、频率高、带宽大和抗电磁干扰等优点以及微波学灵活性强等优点，打破“电子瓶颈”的限制。通过微波光子学的方法生成三角波的方案普遍的研究思路是，频谱上产生的一倍频微波分量和三倍频微波分量功率差满足19.1dB，即幅度比要达到9:1。因此需要解决如何稳定精准地控制一倍频微波分量和三倍频微波分量的幅度问题。
[0003] 中国科学院半导体研究所在其申请的专利文献“基于受激布里渊散射效应的三角波产生装置”(申请日：2014.11.20，申请号201410669431.7，公开号104348080A)中公开了一种基于受激布里渊散射效应的三角波产生装置。该装置包括第一激光源、第一强度调制器、第一微波源、色散位移光纤、第二激光源、第二强度调制器、第二微波源、掺铒光纤放大器、第一光滤波器、光环形器、第二光滤波器和光电探测器。该装置通过控制微波信号的功率以及强度调制器的偏置点，来实现产生信号的一倍频分量和三倍频分量的相位满足3:1，并且幅度满足9:1，从而产生三角波。该装置存在的不足之处在于，一、采用的每个强度调制器均需要直流偏置电压来控制其偏置点，而直流偏置电压容易受温度等环境因素的干扰，导致的直流偏置漂移，造成装置产生三角波时难以稳定地满足一倍频分量和三倍频分量的相位关系和幅度关系；二、需要严格控制因受激布里渊效应导致的边带频移，来实现功率耗尽，而受激布里渊效应的增益谱中增益区间较大，而非单一频点，造成装置产生三角波时，调控复杂且不精准。
[0004] CHUANG Ma等人在其发表的论文“Photonic generation of microwave triangular waveform based on polarization-dependent modulation efficiency of a single-drive Mach–Zehnder modulator”([J].Optics Communications,2016,363:207-210)中公开了一种基于单驱动马赫增德尔强度调制器的偏振依赖特性获取三角波的微波光子方法。该方法通过设置装置中的单驱动马赫增德尔强度调制器的直流控制电压VBias的值，调整装置中的偏振控制器PC1、偏振控制器PC2、偏振片POL的旋转角，调整装置中的射频信号源RF输出信号的幅值，使得装置生成信号中的一倍频分量和三倍频分量的幅度比满足9:1，则在装置的输出端可以得到三角波。该方法存在的不足之处在于，该方法依赖于单驱动马赫增德尔强度调制器两条主轴的内在偏振特性差异，难以控制其两条主轴上的调制信号幅度，导致该方法的复杂度高。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种基于正交偏振调制的三角波生成装置及方法。
[0006] 实现本发明目的的思路是，使用相位调制器实现光载波的调制，保证对生成信号中一倍频和三倍频分量的幅度控制的同时，避免马赫增德尔强度调制器带来的直流偏置漂移问题，且使用分立的偏振控制器、偏振分束器、偏振片等器件来实现装置控制，调控简单。
[0007] 实现本发明目的的思路是，第一偏振分束器和第二偏振分束器采用级联结构，对激光源产生的连续光载波信号进行连续两次偏振态正交分离，第一电光相位调制器和第二电光相位调制器采用并联结构，在设置产生雷达三角波装置中的器件参数为固定值之后，在相互正交的偏振态上分别利用第一电光相位调制器和第二电光相位调制器对第二调偏光信号进行相位调制，光电探测器对光滤波器产生的非负边带光信号进行拍频则可得到雷达三角波。
[0008] 本发明的装置包括激光源、第一偏振控制器、第一偏振分束器、第二偏振控制器、第二偏振分束器、本振信号源、电功率分配器、反相器、第一电光相位调制器、第三偏振控制器、第二电光相位调制器、第一偏振合束器、第一偏振片、第二偏振合束器、第二偏振片、光滤波器和光电探测器，第一偏振分束器和第二偏振分束器采用级联结构，对激光源产生的连续光载波信号进行连续两次偏振态正交分离；第一电光相位调制器和第二电光相位调制器采用并联结构，分别连接于第一偏振分束器的水平端口和垂直端口；其中：
[0009] 所述的激光源，用于产生一个时域连续的光载波信号，并输出给第一偏振控制器；
[0010] 所述的第一偏振控制器，用于将连续光载波信号的偏振态以偏振角为 进行旋转，得到旋转后的连续光载波信号作为第一调偏光信号，并输出给第一偏振分束器；
[0011] 所述的第一偏振分束器，用于将第一调偏光信号进行偏振态正交分离，在第一偏振分束器的水平端口产生第一水平分量，在垂直端口产生第一垂直分量作为下路光信号，并将第一水平分量输出给第二偏振控制器，第一垂直分量输出给第二偏振合束器的垂直端口；
[0012] 所述的第二偏振控制器，用于将第一偏振分束器的水平端口产生的第一水平分量的偏振态以偏振角为 进行旋转，将旋转后的第一水平分量作为第二调偏光信号，并输出给第二偏振分束器；
[0013] 所述的第二偏振分束器，用于将第二调偏光信号进行偏振态正交分离，在第二偏振分束器的水平端口产生第二水平分量，垂直端口产生第二垂直分量，并将第二水平分量输出给第一电光相位调制器的光输入端口，第二垂直分量输出给第二电光相位调制器的光输入端口；
[0014] 所述的本振信号源，用于产生一个单频本振信号，并输出给电功率分配器；
[0015] 所述的电功率分配器，用于将对单频本振信号进行二等功率分配，得到上路本振信号和下路本振信号，并将上路本振信号输出给反相器，下路本振信号输出为正相本振信号，并输出给第二电光相位调制器的电输入端口；
[0016] 所述的反相器，用于对上路本振信号进行反相处理，得到反相本振信号，并输出给第一电光相位调制器的电输入端口；
[0017] 所述的第一电光相位调制器，用于根据反相本振信号对第二水平分量进行相位调制得到调相信号，并输出给第三偏振控制器；
[0018] 所述的第三偏振控制器，用于对调相信号引入静态相移π，得到反相调制信号，并输出给第一偏振合束器的水平端口；
[0019] 所述的第二电光相位调制器，用于根据正相本振信号对第二垂直分量进行相位调制，得到正相调制信号，并输出给第一偏振合束器的垂直端口；
[0020] 所述的第一偏振合束器，用于将反相调制信号和正相调制信号进行耦合，得到一次耦合信号，并输出给第一偏振片；
[0021] 所述的第一偏振片，用于合成一次耦合信号的偏振态，得到上路光信号，并输出给第二偏振合束器的水平端口；
[0022] 所述的第二偏振合束器，用于对上路光信号和下路光信号进行耦合，得到二次耦合信号，并输出给第二偏振片；
[0023] 所述的第二偏振片，用于以 合成二次耦合信号的偏振态，得到偏振态合成光信号，并输出给光滤波器；
[0024] 所述的光滤波器，用于滤除偏振态合成光信号的负边带，得到非负边带光信号，并输出给光电探测器；
[0025] 所述的光电探测器，将非负边带光信号进行拍频检测，得到雷达三角波。
[0026] 本发明方法的具体步骤包括如下：
[0027] (1)设置微波光子装置参数：
[0028] (1a)将激光源的频率设置为193.1太赫兹；本振信号源的频率设置为10吉赫兹，幅度设置为1.51伏；
[0029] (1b)将第一偏振控制器的角度设置为 第二偏振控制器的角度设置为 第三偏振控制器引入的静态相移设置为π；
[0030] (1c)将第一偏振片的角度设置为0，第二偏振片的角度设置为
[0031] (1d)将光滤波器的中心频率设置为193.1太赫兹+20吉赫兹，带宽设置为50吉赫兹；
[0032] (1e)将第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的半波电压均设置为π伏；
[0033] (2)产生单频本振信号和连续光载波信号：
[0034] 本振信号源产生一个单频本振信号，激光源产生一个时域连续的光载波信号；
[0035] (3)产生正相本振信号和反相本振信号：
[0036] (3a)单频本振信号输入电功率分配器，电功率分配器对其进行二等功率分配，得到上路本振信号和下路本振信号；
[0037] (3b)上路本振信号输入反相器，反相器对其进行反相处理，得到反相本振信号，将下路本振信号输出为正相本振信号；
[0038] (4)产生上路光信号和下路光信号：
[0039] (4a)连续光载波信号输入第一偏振控制器，采用偏振控制方法，对第一偏振控制器旋转偏振态后的连续光载波信号进行偏振态正交分离，将第一偏振分束器垂直端口产生的第一垂直分量直接作为下路光信号；
[0040] (4b)采用正交偏振调制方法，对第一偏振分束器水平端口产生的第一水平分量经过正交偏振调制，得到一次耦合信号，第二偏振片将一次耦合信号进行偏振态合成，产生的单一偏振态信号作为上路光信号；
[0041] (5)产生二次耦合信号：
[0042] 上路光信号和下路光信号输入第二偏振合束器，第二偏振合束器对其进行耦合，得到二次耦合信号；
[0043] (6)产生偏振态合成光信号：
[0044] 二次耦合信号输入第二偏振片，第二偏振片以 合成二次耦合信号的偏振态，得到偏振态合成光信号；
[0045] (7)产生非负边带光信号：
[0046] 偏振态合成光信号输入光滤波器，光滤波器滤除其负边带，得到非负边带光信号；
[0047] (8)产生雷达三角波：
[0048] 非负边带光信号输入光电探测器，光电探测器将其进行拍频检测，得到雷达三角波。
[0049] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0050] 第一，由于本发明的装置采用了第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的并联结构，该结构可以在避免使用直流偏置电路的前提下，对连续光载波进行正交偏振调制来产生雷达三角波，克服了现有技术采用的每个强度调制器均需要直流偏置电压来控制其偏置点，而直流偏置电压容易受温度等环境因素的干扰，导致的直流偏置漂移，造成装置产生三角波时难以稳定地满足一倍频分量和三倍频分量的相位关系和幅度关系的问题，使得本发明具有脱离直流偏置电路受到的温度、湿度、电磁干扰等环境因素的影响，提高装置的稳定性的优点。
[0051] 第二，由于本发明的装置采用了第一偏振控制器、第一偏振分束器、第二偏振控制器、第二偏振分束器、第一偏振合束器、第一偏振片、第二偏振合束器、第二偏振片，利用这些器件可以对光信号的偏振态进行精准控制，克服了现有技术需要严格控制因受激布里渊效应导致的边带频移，来实现功率耗尽，而受激布里渊效应的增益谱中增益区间较大，而非单一频点，造成装置产生三角波时，调控复杂且不精准的问题，使得本发明具有调控方式简单、精准的优点。
[0052] 第三，由于本发明的方法采用在相互正交的偏振态上，分别利用第一电光相位调制器和第二电光相位调制器，对第二调偏光信号进行相位调制，实现了同时对两个分立的偏振态相互正交的光载波进行相位调制，克服了现有技术依赖于单驱动马赫增德尔强度调制器两条主轴的内在偏振特性差异，难以控制其两条主轴上的调制信号幅度，导致复杂度高的问题，使得本发明具有降低生成三角波方法复杂度的优点。
附图说明
[0053] 图1为本发明装置的结构图；
[0054] 图2为本发明方法的流程图；
[0055] 图3是本发明的仿真图。
具体实施方式
[0056] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0057] 参照图1，对本发明装置做进一步的描述。
[0058] 本发明的装置包括激光源、第一偏振控制器、第一偏振分束器、第二偏振控制器、第二偏振分束器、本振信号源、电功率分配器、反相器、第一电光相位调制器、第三偏振控制器、第二电光相位调制器、第一偏振合束器、第一偏振片、第二偏振合束器、第二偏振片、光滤波器和光电探测器。
[0059] 第一偏振分束器和第二偏振分束器采用级联结构，对激光源产生的连续光载波信号进行连续两次偏振态正交分离。
[0060] 第一电光相位调制器和第二电光相位调制器采用并联结构，分别连接于第一偏振分束器的水平端口和垂直端口。
[0061] 激光源产生一个时域连续的光载波信号，并输出给第一偏振控制器。
[0062] 第一偏振控制器将连续光载波信号的偏振态以偏振角为 进行旋转，得到旋转后的连续光载波信号作为第一调偏光信号，并输出给第一偏振分束器。
[0063] 第一偏振分束器将第一调偏光信号进行偏振态正交分离，在第一偏振分束器的水平端口产生第一水平分量，在垂直端口产生第一垂直分量作为下路光信号，并将第一水平分量输出给第二偏振控制器，第一垂直分量输出给第二偏振合束器的垂直端口。
[0064] 第二偏振控制器将第一偏振分束器的水平端口产生的第一水平分量的偏振态以偏振角为 进行旋转，将旋转后的第一水平分量作为第二调偏光信号，并输出给第二偏振分束器。
[0065] 第二偏振分束器将第二调偏光信号进行偏振态正交分离，在第二偏振分束器的水平端口产生第二水平分量，垂直端口产生第二垂直分量，并将第二水平分量输出给第一电光相位调制器的光输入端口，第二垂直分量输出给第二电光相位调制器的光输入端口。
[0066] 本振信号源产生一个单频本振信号，并输出给电功率分配器。
[0067] 电功率分配器将对单频本振信号进行二等功率分配，得到上路本振信号和下路本振信号，并将上路本振信号输出给反相器，下路本振信号输出为正相本振信号，并输出给第二电光相位调制器的电输入端口。
[0068] 反相器对上路本振信号进行反相处理，得到反相本振信号，并输出给第一电光相位调制器的电输入端口。
[0069] 第一电光相位调制器，用于根据反相本振信号对第二水平分量进行相位调制得到调相信号，并输出给第三偏振控制器；
[0070] 第三偏振控制器对调相信号引入静态相移π，得到反相调制信号，并输出给第一偏振合束器的水平端口。
[0071] 第二电光相位调制器根据正相本振信号对第二垂直分量进行相位调制，得到正相调制信号，并输出给第一偏振合束器的垂直端口。
[0072] 第一偏振合束器将反相调制信号和正相调制信号进行耦合，得到一次耦合信号，并输出给第一偏振片。
[0073] 第一偏振片合成一次耦合信号的偏振态，得到上路光信号，并输出给第二偏振合束器的水平端口。
[0074] 第二偏振合束器对上路光信号和下路光信号进行耦合，得到二次耦合信号，并输出给第二偏振片。
[0075] 第二偏振片以 合成二次耦合信号的偏振态，得到偏振态合成光信号，并输出给光滤波器。
[0076] 光滤波器滤除偏振态合成光信号的负边带，得到非负边带光信号，并输出给光电探测器。
[0077] 光电探测器将非负边带光信号进行拍频检测，得到雷达三角波。
[0078] 参照图2对本发明方法做进一步的描述。
[0079] 步骤1.设置微波光子装置参数。
[0080] 将激光源的频率设置为193.1太赫兹；本振信号源的频率设置为10吉赫兹，幅度设置为1.51伏。
[0081] 将第一偏振控制器的角度设置为 第二偏振控制器的角度设置为 第三偏振控制器引入的静态相移设置为π。
[0082] 将第一偏振片的角度设置为0，第二偏振片的角度设置为
[0083] 将光滤波器的中心频率设置为193.1太赫兹+20吉赫兹，带宽设置为50吉赫兹。
[0084] 将第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的半波电压均设置为π伏。
[0085] 步骤2.产生单频本振信号和连续光载波信号。
[0086] 本振信号源产生一个单频本振信号ELO(t),其表达式为：
[0087] ELO(t)＝VLO sinωmt
[0088] 其中，VLO表示单频本振信号的幅度,sin表示正弦操作，ωm表示单频本振信号的角频率,t表示装置运行时间。
[0089] 连续激光源产生一个时域连续光载波信号Ein(t)，其表达式为：
[0090] Ein(t)＝E0ejωt
[0091] 其中，E0表示激光源输出连续光载波的强度，ejωt表示对jωt进行指数操作，j表示虚数单位符号，ω表示连续光载波的角频率。
[0092] 步骤3.产生正相本振信号和反相本振信号。
[0093] 单频本振信号输入电功率分配器，电功率分配器对其进行二等功率分配，得到上路本振信号和下路本振信号。
[0094] 上路本振信号输入反相器，反相器对其进行反相处理，得到反相本振信号，将下路本振信号输出为正相本振信号。
[0095] 步骤4.产生上路光信号和下路光信号。
[0096] 连续光载波信号输入第一偏振控制器，采用偏振控制方法，对第一偏振控制器旋转偏振态后的连续光载波信号进行偏振态正交分离，将第一偏振分束器垂直端口产生的第一垂直分量直接作为下路光信号，其中：
[0097] 偏振控制方法是指，①第一偏振控制器将连续光载波信号的偏振态以偏振角为进行旋转，得到旋转后的连续光载波信号作为第一调偏光信号；②第一偏振分束器将第一调偏光信号进行偏振态正交分离，在第一偏振分束器的水平端口产生第一水平分量，在垂直端口产生第一垂直分量作为下路光信号；偏振态正交分离是指，将第一偏振控制器旋转偏振态后的连续光载波信号分解成偏振角相差90°的两个分量。
[0098] 第一水平分量E第一水平分量和第一垂直分量E第一垂直分量的矢量表达式为：
[0099]
[0100] 采用正交偏振调制方法，对第一偏振分束器水平端口产生的第一水平分量经过正交偏振调制，得到一次耦合信号，第一偏振片将一次耦合信号进行偏振态合成，产生的单一偏振态信号作为上路光信号，其中：
[0101] 正交偏振调制方法是指，①第二偏振控制器将第一偏振分束器的水平端口产生的第一水平分量的偏振态以偏振角为 进行旋转，将旋转后的第一水平分量作为第二调偏光信号；②第二偏振分束器将第二调偏光信号进行偏振态正交分离，在第二偏振分束器的水平端口产生第二水平分量，垂直端口产生第二垂直分量；③第一电光相位调制器根据反相本振信号对第二水平分量进行相位调制得到调相信号；④第三偏振控制器对调相信号引入静态相移π，得到反相调制信号；⑤第二电光相位调制器根据正相本振信号对第二垂直分量进行相位调制，得到正相调制信号；⑥第一偏振合束器将反相调制信号和正相调制信号进行耦合，得到一次耦合信号。
[0102] 第二水平分量E第二水平分量和第二垂直分量E第二垂直分量的矢量表达式为：
[0103]
[0104] 上路光信号 的表达式为：
[0105]
[0106] 其中，+表示相加操作， 表示第三偏振控制器PC3引入的静态相移，且 Jk(β)表示第一类贝塞尔操作，k表示贝塞尔函数的阶数，β表示第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的调制指数，且 VLO表示本振信号的幅度，Vπ表示第一电光相位调制器和第二电光相位调制器的半波电压，∑表示求和操作，∞表示无穷大，(-1)k表示对-1求k次方操作。
[0107] 步骤5.产生二次耦合信号。
[0108] 上路光信号和下路光信号输入第二偏振合束器，第二偏振合束器对其进行耦合，得到二次耦合信号。
[0109] 步骤6.产生偏振态合成光信号：
[0110] 二次耦合信号输入第二偏振片，第二偏振片以 合成二次耦合信号的偏振态，得到偏振态合成光信号 其表达式为：
[0111]
[0112] 步骤7.产生非负边带光信号。
[0113] 光滤波器将偏振态合成光信号 的负边带滤除，得到非负边带光信号Efilter，其表达式为：
[0114]
[0115] 步骤8.产生雷达三角波。
[0116] 光电探测器PD对非负边带光信号Efilter进行拍频，得到雷达三角波I(t)，其表达式为：
[0117]
[0118] 其中，Idc表示雷达三角波中的直流项，-表示相减操作，η表示光电探测器PD的响应度，E02表示对E0求平方操作。
[0119] 下面结合仿真实验对本发明的效果做进一步说明。
[0120] 1.仿真条件和内容：
[0121] 本发明的仿真实验是在Intel(R)Core(TM)i5-6500CPU@3.20GHz，64位Windows7系统下，采用VPItransmissionMaker8.5和MATLAB R2016a运行平台进行的。
[0122] 本发明的仿真实验有三个。
[0123] 仿真1，采用VPItransmissionMaker8.5运行平台，对本发明生成三角波的频谱及波形进行仿真，从频谱分析仪得到的仿真生成三角波的频谱图如图3(a)所示，从示波器得到的波形图如图3(b)所示。
[0124] 仿真2，采用MATLAB R2016a运行平台，对本发明生成的三角波与理想三角波的波形进行了对比仿真，其结果如图3(c)所示；且对本发明生成的三角波与理想三角波的最小均方误差RMSE进行了计算。其中，理想三角波是指上升沿和下降沿均为直线的轴对称三角波。
[0125] 2.仿真结果分析
[0126] 在图3(a)中，横坐标表示仿真生成三角波的频率，单位为GHz，纵坐标表示生成三角波频谱的各个分量的功率，单位为dBm。由图3(a)可知，仿真生成三角波的频谱中10GHz谱分量与30GHz谱分量的强度差为19.146dBm，即两个谱分量的幅度比为9:1，满足理想三角波的频谱构成的前两个频率分量系数比的条件。
[0127] 在图3(b)中，横坐标表示仿真运行时间，单位为皮秒，纵坐标表示仿真生成三角波的幅度，单位为伏。由图3(b)可知，仿真生成的三角波重复频率为100皮秒，即1/(10GHz)，其中，10GHz是本振信号源输出信号的频率。
[0128] 在图3(c)中，横坐标表示仿真运行时间，单位为皮秒，纵坐标表示三角波的幅度，单位为伏，“+”线表示仿真生成三角波的波形图，“-”线表示理想三角波的波形图。由图3(c)可知，本发明生成的三角波十分逼近理想三角波。
[0129] 对仿真生成三角波进行抽样得到样本值，将样本值与理想三角波的对应样本时间的幅度值进行对比。将仿真生成三角波与理想三角波之间的差距量化，量化结果用最小均方误差RMSE表示，最小均方误差RMSE的计算公式为：
[0130]
[0131] 其中，N表示抽样的样本个数，且N＝100，Xn表示第n个样本值，Yn表示理想三角波第n个幅度值，(Xn-Yn)2表示对Xn-Yn的值进行平方操作， 表示对Xn进行平方操作， 表示对Yn进行平方操作， 表示(Xn-Yn)2和 的相比操作，得到最小均方误差RMSE为0.0020，说明本发明生成的三角波可以以很低的误差生成三角波。
