一种可配置同时多线程光学延时装置及方法与流程
本发明涉及微波光子，特别是涉及光控相控阵系统内部各单元通道的延时控制方式，具体涉及光学延时技术。
背景技术：
1、随着雷达、电子对抗以及通信等阵列电子系统的发展，其工作频率逐渐提高，瞬时工作带宽不断扩大，尤其在毫米波段，其带宽可达10ghz及以上，传统相控阵电子系统由于受到孔径渡越时间的限制，只能在相对较窄的信号带宽下工作，不能实现宽带宽角度扫描，已无法满足相控阵系统工作需求，从而限制了相控阵系统在超宽带、高分辨以及高性能领域的应用。光控相控阵系统基于微波光子技术，通过在光域实时延时的方法实现阵列孔径的波束扫描，具有大的瞬时带宽、无波束斜视效应、低损耗、小尺寸、抗电磁干扰等优势，成为相控阵雷达发展的一个重要方向，而毫米波段宽带甚至超宽带微波延时器研制难度大，性能指标差，延时量小，严重阻碍了宽带毫米波相控阵系统的发展。
2、光控相控阵系统实现光延时的方法主要有两种：一种是基于色散效应或者折射率变化来实现延时的切换，基于色散光纤的色散效应对不同波长光载波进行延时处理，具有成本低，易于实现等特点，如公开号为cn111641458a的中国发明专利申请《一种通用型多通道光学色散延时器》利用色散延时技术实现多通道光载波的群延时，但其对光载波波长精度要求高，且色散光纤的色散系数不均匀容易造成延时不一致以及易受工作环境温度变化的影响，限制了其应用。另一种是基于长度延时切换，可以通过光开关与光纤或者延时波导结合实现光延时量的切换，但是单个基于长度延时的光延时通道只能实现一路光路径的延时，无法像色散延时那样可同时实现多路光信号的延时，对于孔径阵列的延时需求，只能通过延时通道的堆叠来实现，导致设备量或者集成波导规模大，结构不够紧凑。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于如何实现光控相控阵列通道间的高精度、可配置、同时多通道的光延时，以支持孔径阵列系统的多波束、宽带宽角高精细扫描。
2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种可配置同时多线程光学延时装置，包括依次连接的第一波分复用器、第一n路延时光路径组、波长-路径延时切换矩阵、第二n路延时光路径组、第二波分复用器，所述第一波分复用器与第二波分复用器的通道数均为n路，第一波分复用器通道的通带带宽、通道间隔分别大于第二波分复用器通道的通带带宽、通道间隔，多路入射光信号同时输入第一波分复用器，根据每路入射光信号的延时需要选择第一n路延时光路径组中的通道和第二n路延时光路径组中的通道，调节每路入射光信号的波长落在第一n路延时光路径组和二n路延时光路径组的通道的交叠范围内，通过波长-路径延时切换矩阵对多路入射光信号分别实现n*个延时状态的切换。
3、本发明采用两个波分复用器，第一波分复用器通道的通带带宽、通道间隔分别大于第二波分复用器通道的通带带宽、通道间隔，利用波分复用器的周期性选通特性，通过波长-路径延时切换矩阵组成可配置同时多线程光学延时器，根据延时的需要选择相应的第一n路延时光路径组的路由和第二n路延时光路径组的路由中相应的延时路径进行叠加，根据选择的路径配置输入光信号的波长，使得输入光信号的波长满足第一个波分复用器和第二个波分复用器的通道的交叠范围内，经过波长-路径延时切换矩阵，实现对光信号延时的高精度切换，配置过程无需精确控制输入光信号的波长，即可实现所需的光学真延时，最多可实现n*个延时状态的配置切换。
4、当需要同时对多路输入光信号分别进行光延时的时候，只需要根据每路输入光信号的延时需要选择相应的第一n路延时光路径组和第二n路延时光路径组中的延时路径，确认相应输入光信号的通带范围，分别调节相应的输入光信号的波长落在相应的通带范围内即可，不同波长的光波长信号之间互不影响，可实现对多路不同信号同时进行不同的光延时。
5、优选的，所述第一波分复用器通道的通带带宽bw1与第二波分复用器通道的通带带宽bw2满足关系bw1＝n*bw2。
6、优选的，所述第二波分复用器的通道特性按照自由光谱范围fsr为周期重复呈现相应的通道滤波特性，所述第一波分复用器的通道间隔cw1与第二波分复用器的自由光谱范围fsr满足关系cw1＝fsr。
7、优选的，所述第一n路延时光路径组的相邻通道之间的延时量为δt，第二n路延时光路径组的相邻通道之间的延时量为δt*n。
8、优选的，通过入射光信号波长的调节实现第一n路延时光路径组中0至(n-1)*δt的延时量的切换，通过入射光信号波长的调节实现第二n路延时光路径组中0至n*(n-1)*δt的延时量的切换。
9、优选的，所述波长-路径延时切换矩阵包括第三波分复用器和第四波分复用器，第三波分复用器和第四波分复用器的通道数均为n路，第三波分复用器的输入端连接到第一n路延时光路径组，第三波分复用器的输出端连接到第四波分复用器的输入端，第四波分复用器的输出端连接到第二波分复用器的输入端，第三波分复用器的通道带宽、通道间隔分别与第一波分复用器的通道带宽、通道间隔相同，第四波分复用器的通道带宽、通道间隔分别与第二波分复用器的通道带宽、通道间隔相同。
10、优选的，所述波长-路径延时切换矩阵包括第一功分器和第二功分器，第一功分器和第二功分器的通道数均为n路，第一功分器的输入端连接到第一n路延时光路径组，第一功分器的输出端连接到第二功分器的输入端，第二功分器的输出端连接到第二波分复用器的输入端。
11、优选的，所述第一n路延时光路径组和第二n路延时光路径组分别包括n路不同长度的延时光路径，延时光路径为延时光纤或延时波导。
12、本发明还提供一种可配置同时多线程光学延时方法，基于所述的可配置同时多线程光学延时装置，多路入射光信号同时输入第一波分复用器，根据每路入射光信号的延时需要选择第一n路延时光路径组中的通道和第二n路延时光路径组中的通道，调节每路入射光信号的波长落在第一n路延时光路径组和二n路延时光路径组的通道的交叠范围内，通过波长-路径延时切换矩阵对多路入射光信号分别实现n*n个延时状态的切换。
13、本发明的优点在于：
14、1、本发明采用两个波分复用器，第一波分复用器通道的通带带宽、通道间隔分别大于第二波分复用器通道的通带带宽、通道间隔，利用波分复用器的周期性选通特性，通过波长-路径延时切换矩阵组成可配置同时多线程光学延时器，根据延时的需要选择相应的第一n路延时光路径组的路由和第二n路延时光路径组的路由中相应的延时路径进行叠加，根据选择的路径配置输入光信号的波长，使得输入光信号的波长满足第一个波分复用器和第二个波分复用器的通道的交叠范围内，经过波长-路径延时切换矩阵，实现对光信号延时的高精度切换，配置过程无需精确控制输入光信号的波长，即可实现所需的光学真延时，最多可实现n*n个延时状态的配置切换。
15、当需要同时对多路输入光信号分别进行光延时的时候，只需要根据每路输入光信号的延时需要选择相应的第一n路延时光路径组和第二n路延时光路径组中的延时路径，确认相应输入光信号的通带范围，分别调节相应的输入光信号的波长落在相应的通带范围内即可，不同波长的光波长信号之间互不影响，可实现对多路不同信号同时进行不同的光延时。
16、2、本发明通过利用波分复用器的周期性选通特性，结合长度延时和色散延时的优势，按照设计原则级联更多的延时路由可配置扩展更多的延时状态，且延时系统稳定，受温度等环境变化因素影响小，在接收、发射光控波束形成网络系统中均可发挥重要作用。
技术特征：
1.一种可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：包括依次连接的第一波分复用器(10)、第一n路延时光路径组(20)、波长-路径延时切换矩阵(30)、第二n路延时光路径组(40)、第二波分复用器(50)，所述第一波分复用器(10)与第二波分复用器(50)的通道数均为n路，第一波分复用器(10)通道的通带带宽、通道间隔分别大于第二波分复用器(50)通道的通带带宽、通道间隔，多路入射光信号同时输入第一波分复用器(10)，根据每路入射光信号的延时需要选择第一n路延时光路径组(20)中的通道和第二n路延时光路径组(40)中的通道，调节每路入射光信号的波长落在第一n路延时光路径组(20)和二n路延时光路径组(40)的通道的交叠范围内，通过波长-路径延时切换矩阵(30)对多路入射光信号分别实现n*n个延时状态的切换。
2.根据权利要求1所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：所述第一波分复用器(10)通道的通带带宽bw1与第二波分复用器(50)通道的通带带宽bw2满足关系bw1＝n*bw2。
3.根据权利要求1所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：所述第二波分复用器(50)的通道特性按照自由光谱范围fsr为周期重复呈现相应的通道滤波特性，所述第一波分复用器(10)的通道间隔cw1与第二波分复用器(50)的自由光谱范围fsr满足关系cw1＝fsr。
4.根据权利要求1所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：所述第一n路延时光路径组(20)的相邻通道之间的延时量为δt，第二n路延时光路径组(40)的相邻通道之间的延时量为δt*n。
5.根据权利要求4所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：通过入射光信号波长的调节实现第一n路延时光路径组(20)中0至(n-1)*δt的延时量的切换，通过入射光信号波长的调节实现第二n路延时光路径组(40)中0至n*(n-1)*δt的延时量的切换。
6.根据权利要求1所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：所述波长-路径延时切换矩阵(30)包括第三波分复用器(31)和第四波分复用器(32)，第三波分复用器(31)和第四波分复用器(32)的通道数均为n路，第三波分复用器(31)的输入端连接到第一n路延时光路径组(20)，第三波分复用器(31)的输出端连接到第四波分复用器(32)的输入端，第四波分复用器(32)的输出端连接到第二波分复用器(50)的输入端，第三波分复用器(31)的通道带宽、通道间隔分别与第一波分复用器(10)的通道带宽、通道间隔相同，第四波分复用器(32)的通道带宽、通道间隔分别与第二波分复用器(50)的通道带宽、通道间隔相同。
7.根据权利要求1所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：所述波长-路径延时切换矩阵(30)包括第一功分器(33)和第二功分器(34)，第一功分器(33)和第二功分器(34)的通道数均为n路，第一功分器(33)的输入端连接到第一n路延时光路径组(20)，第一功分器(33)的输出端连接到第二功分器(34)的输入端，第二功分器(34)的输出端连接到第二波分复用器(50)的输入端。
8.根据权利要求1所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：所述第一n路延时光路径组(20)和第二n路延时光路径组(40)分别包括n路不同长度的延时光路径，延时光路径为延时光纤或延时波导。
9.一种可配置同时多线程光学延时方法，基于权利要求1-8任一项所述的可配置同时多线程光学延时装置，其特征在于：多路入射光信号同时输入第一波分复用器(10)，根据每路入射光信号的延时需要选择第一n路延时光路径组(20)中的通道和第二n路延时光路径组(40)中的通道，调节每路入射光信号的波长落在第一n路延时光路径组(20)和二n路延时光路径组(40)的通道的交叠范围内，通过波长-路径延时切换矩阵(30)对多路入射光信号分别实现n*n个延时状态的切换。
技术总结
本发明提供一种可配置同时多线程光学延时装置及方法，属于光学延时领域，包括依次连接的第一波分复用器、第一N路延时光路径组、波长‑路径延时切换矩阵、第二N路延时光路径组、第二波分复用器，两个波分复用器的通道数均为N路，第一波分复用器的通带带宽、通道间隔大于第二波分复用器的通带带宽、通道间隔，多路入射光信号同时输入第一波分复用器，根据每路入射光信号的延时需要选择第一N路延时光路径组和第二N路延时光路径组中的通道，调节波长落在第一N路延时光路径组和二N路延时光路径组的通道的交叠范围内，波长‑路径延时切换矩阵对多路入射光信号分别实现N*个延时状态的切换；实现高精度、可配置、同时多通道的光延时。
技术研发人员：张业斌,杨振宇,田朝辉,武秀,童辉,张国,王凯
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5