[发明专利]一种实现光学希尔伯特变换的系统

说明书

技术领域

本发明属于光学信号处理技术领域，涉及一种实现光学希尔伯特变换的系统。

背景技术

电信号由于带宽和传输速度的限制，其处理速度缓慢，难以应对未来大容量通信网络对高速率和低功耗的严苛要求，而光具有传播速度快、传输频带宽、通信容量大等优点，所以光学信号处理技术近年来受到越来越多的关注。其中，希尔伯特变换也被称为正交滤波或宽带π移相，是将一个信号与希尔伯特算子做卷积，以便实现瞬时信号提取，完成短信号或复杂信号的瞬时计算。因此，光学希尔伯特变换在光通信、光计算、光信息处理和光信号分析等领域都具有非常重要的作用。目前，光学希尔伯特变换主要应用于微波光子通讯中对光信号单边带调制、矢量调制、频率测量、光学加密等方面。

有学者通过利用光纤布拉格光栅实现了希尔伯特转换(参考文献[1]、[2])，但此类系统过于复杂，性能不稳定，且器件响应带宽较窄，均小于5nm，无法针对宽谱信号进行处理，因而应用范围受到限制。

参考文献：

[1]M Li,J Yao.All-fiber temporal photonic fractional Hilbert transformer based on a directly designed fiber Bragg grating[J].Optics Letters,2010,35(2):223-5.

[2]MH Asghari,JAll-optical Hilbert transformer based on a single phase-shifted fiber Bragg grating:design and analysis[J].Optics Letters,2009,34(3):334-6.

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单且响应带宽大的实现光学希尔伯特变换的系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种实现光学希尔伯特变换的系统，该系统包括光纤环行器、准直器、扩束器、光栅、刀锋棱角反射镜、第一凸透镜、第一反射镜、第二凸透镜及第二反射镜，所述的光纤环行器上设有第一端口、第二端口及第三端口，入射光由光纤环行器的第一端口输入并由第二端口输出，依次经准直器、扩束器后入射在光栅上，该光栅使入射光中不同波长的光束色散展开，不同波长的光束经刀锋棱角反射镜反射后分为两路，一路穿过第一凸透镜后被第一反射镜反射并按原路返回，另一路穿过第二凸透镜后被第二反射镜反射并按原路返回，返回后的光束由光纤环行器的第二端口输入并由第三端口输出。两路之间产生光程差，从而产生相位差。

所述的刀锋棱角反射镜包括相邻的第一侧面、第二侧面以及设置在第一侧面与第二侧面之间的棱角，入射光中不同波长的光束在光栅上色散展开后，一部分入射在第一侧面上并被第一侧面反射，另一部分入射在第二侧面上并被第二侧面反射。不同波长的光束色散展开后，中心波长的光束正对刀锋棱角反射镜的棱角，中心波长两侧波段的光束分别入射在第一侧面或第二侧面上。

所述的第一侧面与第二侧面之间的夹角为90°。

所述的第一侧面及第二侧面的表面均设有反射膜。

所述的第一凸透镜的聚焦面为第一凸透镜聚焦面，该第一凸透镜聚焦面位于第一凸透镜与第一反射镜之间；所述的第二凸透镜的聚焦面为第二凸透镜聚焦面，所述的第二反射镜位于第二凸透镜与第二凸透镜聚焦面之间。

所述的第一凸透镜聚焦面与第一反射镜之间的距离为d₁，所述的第二反射镜与第二凸透镜聚焦面之间的距离为d₂，d₁与d₂满足如下公式：

其中，δ为光程差，为需要产生的相位变化，相位变化为π，即λ为入射光的中心波长。

所述的入射光的中心波长为1500-1600nm，优选为1557nm。

本系统中，从光信号的输入到光束由第一凸透镜或第二凸透镜的输出过程中，两路光程相同，因而光程差δ由第一凸透镜聚焦面与第一反射镜之间的距离d₁及第二反射镜与第二凸透镜聚焦面之间的距离d₂决定，通过调节d₁和d₂的大小，使d₁+d₂＝δ，从而产生相位为π的变化，进而实现光学希尔伯特变换功能。