《Optical Fiber Technology》：Enhanced time-stretch channelizer achieving 73 MHz resolution
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脉冲压缩微波信道化系统通过脉冲抽取调整模式锁定激光重复率，引入-829 ps/nm预调制色散和二级色散补偿光纤结合光放大，扩展时间窗口实现高分辨频谱分析。实验达到73 MHz分辨力和±2 MHz精度，7.811 GHz带宽下刷新串行信道化记录。
张宏翠|刘琳|张浩轩|刘培林|陈璐|罗斌|宋宇|尹珊|江天伟
信息光子学与光通信国家重点实验室，北京邮电大学，北京100876，中国
摘要
光子时间拉伸微波信道化技术利用单一光通道实现多通道的同时监测，在军事电子频谱检测领域具有巨大潜力。然而，其分辨率和精度相比成熟的并行方法仍有局限性。我们提出了一种改进的系统，通过采用脉冲选取技术调整锁模激光器的重复频率，引入-829 ps/nm的预调制色散，并使用带有光放大的第二级色散补偿光纤来进一步拉伸射频调制的光脉冲在时间域中的长度。经过光电检测和采样后，数字信号处理完成频谱变换、通道分割及分析。扩大的时间窗口使得通道区分更加精细，频率估计更加准确。实验结果显示，该技术在串行光子信道化中的分辨率为73 MHz，精度达到±2 MHz，创下了新的纪录。
引言
微波光子信道化（MPC）通过在光域中对微波信号进行调制和处理，相较于电子方法具有更高的带宽和更强的抗干扰能力[[1], [2], [3], [4], [5]]。它在电子战等应用中至关重要，因为接收器需要同时监测数百个通道以检测和分类敌方信号。
MPC实现方式主要分为并行和串行两种。在并行方案中，光谱被划分为多个波长或空间通道，每个通道通过声光晶体[7]、衍射光栅[8]、菲涅尔透镜系统[9]、法布里-珀罗标准具[10]、波长分割复用器[11]或光频率梳[12,13]等设备映射到相应的射频子带。这些分离的光通道随后由光电探测器阵列检测并转换回射频信号。并行方法已通过多种技术得到优化，使用孤子晶体光频率梳时可实现高达87.5 MHz的分辨率[14]，双极化频率梳可以消除自干扰[15]。但由于每个光通道对应一个射频通道，并行方法会增加系统复杂性和成本，并且在通道分辨率与总带宽之间存在根本性的权衡。
串行方法通过将多个射频频率映射到单个光通道来克服这些限制。例如波长扫描[16]、频率移动循环延迟线结构[17]、光子压缩感知[18]和光子时间拉伸技术[19]。前两种方法基于延迟扫描原理，无法实现同时监测。而光子压缩感知和时间拉伸技术则直接将射频信号映射到时间域，从而可以在单次测量中观察到多个通道。然而，它们的分辨率和精度仍然有限，压缩感知技术的分辨率为1.2 GHz，精度为±88 MHz；时间拉伸技术的分辨率为660 MHz，精度为±380 MHz。
在本研究中，我们提出了一种改进的光子时间拉伸信道化系统，解决了上述问题。该系统通过脉冲选取技术调整锁模激光器的重复频率，并利用第二级色散补偿光纤（DCF）和两级光放大进一步拉伸调制后的射频信号。拉伸后的信号经过光电检测、数字化处理，并通过数字算法进行频谱变换、通道分割及分析。引入的-829 ps/nm的预调制色散显著扩大了时间窗口，从而实现了高分辨率和精度。实验结果显示，在7.811 GHz的带宽内，信道化分辨率为73 MHz，精度优于±2 MHz，这是串行信道化技术中的最高纪录。
实验原理
图1展示了所提出的改进型光子时间拉伸信道化系统的结构框图，主要包括脉冲选取模块、光子时间拉伸模块和数字信号处理部分。还使用光学滤波器来调整脉冲带宽Δλ，从而控制信号的光谱范围。
脉冲选取模块包含锁模激光器（MLL）、数字脉冲发生器和声光调制器（AOM）。
实验结果
实验平台利用实验室的光学设备和仪器来验证图1所示系统的有效性。锁模激光器（MLL，Avesta，PERL-PM-HP）产生的脉冲重复率为38 MHz，中心波长为1560 nm。脉冲选取模块由声光调制器（CSRayzer，AOM-1550–200 M，消光比为65 dB）和脉冲延迟发生器（Aerodiode，Tombak）组成，用于
结论
本文提出了一种改进的光子时间拉伸信道化系统。该架构通过一系列过程实现了射频信号的时间扩展和频谱重建，包括脉冲选取模块、光子时间拉伸模块和后端算法处理。实验结果表明，该方法在脉冲重复率为1.9 MHz的情况下，频率分辨率可达73 MHz，瞬时带宽为7.811 GHz。
资助
本研究部分得到了北京邮电大学基本研究基金（项目编号2025TSQY07）、国家自然科学基金（项目编号62371061）和北京市自然科学基金（项目编号4232008）的支持。
作者贡献声明
张宏翠：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，形式分析，数据管理。刘琳：形式分析。张浩轩：形式分析。刘培林：数据管理。陈璐：数据管理。罗斌：研究。宋宇：研究。尹珊：研究。江天伟：监督，概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
