[发明专利]大带宽光信号射频谱实时测量的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别涉及大带宽光信号射频谱实时测量的方法及系统。

背景技术

射频谱是指电磁场的强度包络的傅里叶谱，光也是一种电磁波，可以当作一种载波，具有带宽大、抗电磁干扰等优点。随着光通信技术和微波光子学技术等技术迅速发展，光载波的射频谱测量已被广泛地运用在了光通信的信号质量监测、无线电通信、雷达系统、电子集成芯片等科学研究中。这些科研研究中，通常是将待探测的信息通过一定方式加载在光载波信号的大带宽的射频谱上，因此光载波信号的大带宽射频谱的精确测量是这些应用的基础。目前，有很多测量精度高的方案都可在一定程度上实现光载波的信号的大带宽射频谱测量，主要分为两类方案。第一类是基于电学领域的电子测量技术方案，其中比较典型的方案是扫频调谐式和快速傅里叶变化式。扫频调谐式和快速傅里叶变化式这两种方法都是通过将光载波信号通过光电探测器转换为电信号后通过电域上成熟的电学处理技术来测量其射频谱信息。这类方案基于较为成熟的电子技术，其测量分辨率较高。但其可测量的射频谱宽受限于光电探测器带宽的限制，一般在100GHz以下。此外受限于电子信号处理速率，其实时测量速率有限。因此这类方案不适用于待测信号射频谱较宽(>100GHz)的场合，也不适用于需要实时测量射频谱的超快动态变化的场合。第二类是基于非线性效应的全光域的射频谱测量方案。其通过交叉相位调制等非线性效应，将待测光载波信号的射频谱转换到探测光的光谱上，然后通过光谱仪来直接读取其射频谱信息。这种方法因为利用超快的非线性效应，避免了光电探测器的转换带宽限制，能测量较大带宽的射频谱，目前已有报道可测量高达2.5THz的带宽。但由于采用光谱仪直接读取射频谱信息，其分辨率受限于光谱仪分辨率，常见的衍射光栅光谱仪分辨率为0.02nm，其对应的射频谱分辨率为2.5GHz。此外受限于光谱仪的扫描速率，其射频谱探测的速率较慢，在MHz量级以下，故其不适用于需要实时测量射频谱的超快动态变化的场合。通过对现有技术的分析，可以发现当前技术能较好适用于光载波信号的大带宽射频谱变化较慢的领域，但不能适用于光载波信号的大带宽射频谱的较快动态变化的领域。

因此，需要研究一种大带宽光信号射频谱实时测量的方法及系统，它不仅要完成大带宽射频谱的测量，而且要能实时测量该射频谱超快动态变化，以克服现有技术在这种场合下能力极为有限的缺陷。此外该系统还需结构简单，适用范围较广等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出能实现大带宽光信号射频谱实时测量的方法及系统，以克服现有技术在该应用领域内能力极为有限的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明首先提出了一种大带宽光信号射频谱实时测量的方法，包括以下步骤：

超短脉冲进行时域色散展开，形成扫频光源，控制扫频光源的偏振态，使其与输入的待测的大带宽信号光的偏振态一致；

待测的信号光与扫频光源耦合后进行交叉相位调制效应后输出，将输出光滤取出交叉相位调制导致的扫频光附近单边带拓展的光谱；

滤取出的扫频光附近单边带拓展的光谱进行色散压缩后，其色散量与色散展开时的色散量大小相等，性质相反时，色散压缩后输出的时域信号波形与输入的待测大带宽信号光的射频谱成一定的比例；

所述时域信号经光电探测器探测，将光信号转变为电信号后进入实时示波器中实时采样得到幅度信息，其输出的幅度信息和待测大带宽的信号的射频谱是成比例的。

本发明同时提供一种大带宽光信号射频谱实时测量的系统，包括超短脉冲源，第一大色散单元，偏振控制器，光耦合器，非线性器件，光滤波器，第二大色散单元，光电探测器，实时示波器；

所述超短脉冲源，用于产生带宽较大的超短脉冲；

所述第一大色散单元，用于将超短脉冲进行时域拉伸形成扫频光源；

所述偏振控制器，用于控制扫频光源的偏振态与输入待测光的偏振态一致，使交叉相位调制效应最优；

光耦合器，用于将待测的泵浦信号光和扫频光源按一定功率比例耦合到一个支路中；

非线性器件，用于发生交叉相位调制效应；

光滤波器，将交叉相位调制产生的探测光光谱滤取出来；

所述第二大色散单元，其色散量与第一大色散单元的色散量的相等，性质相反，其输出的光时域波形与待测信号的射频谱成比例；

所述光电探测器，将探测的光信号转换成模拟电信号；

所述实时示波器，用于对光探测器输出电流进行采样和量化后转换为数字信号。