[发明专利]超快光波长测量系统

说明书

本发明公开了一种超快光波长测量系统，该系统包括一窄线宽激光器、第一至第五光耦合器、一锁模激光器、第一至第五光电探测器、一第一模数转换模块、一第二模数转换模块、一数字信号处理模块和一色散补偿光纤。本发明通过处理锁模激光器的输出宽谱光信号与参考光信号及待测光信号的拍频信号来得到测量光信号的波长，测量范围等于锁模激光器的谱宽，为10‑100nm量级。测量速率等于锁模激光器的脉冲重复频率，可达到50MHz。在数字信号处理模块中引入互相关算法来提高测量精度，测量精度反比于光电探测器的带宽乘以色散补偿光纤的色散系数，为10pm量级。因此，利用本发明可以实现大带宽，高速率，高精度的光波长测量。

技术领域

本发明属于微波光子学和相干光信号处理技术领域，具体涉及一种超快光波长测量系统。

背景技术

随着光电技术的发展，对光波长的超快测量是十分有必要的，尤其是当分析一个微波光子学黑盒子系统时，很多时候会用光谱仪对光波长进行测量，但是光谱仪的测量频率极低，为1Hz量级，难以实现对光信号的实时光波长分析。很多时候会对测量光信号进行与一束已知光波长的参考信号耦合至同一光电探测器的处理，然后对输出的电信号进行数字信号处理以分析测量光信号的波长。这种方法虽然可以保证实时测量，但是带宽受限于光电探测器的带宽。

因此本发明提出一个基于微波光子学的超快光波长测量系统，系统的光学部分为系统提供了大的测量带宽，电学部分为系统提供了高的测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种超快光波长测量系统，使对光波长测量兼具大的测量带宽以及高的测量速率。在光波长测量领域，测量带宽与测量速度往往是一对矛盾的物理量。本发明基于微波光子学，实现对光信号的超快波长测量。

为达到上述目的，本发明提供了一种超快光波长测量系统，该系统包括一窄线宽激光器1、第一至第五光耦合器13-17、一锁模激光器2、第一至第五光电探测器3-7、一第一模数转换模块8、一第二模数转换模块9、一数字信号处理模块10和一色散补偿光纤11，其中：锁模激光器2的输出光信号经过色散补偿光纤11后被第三光耦合器15分成三路，窄线宽激光器1输出的参考光信号与待测量光信号12分别被第一光耦合器13和第五光耦合器17分成两路；锁模激光器2、窄线宽激光器1与测量光信号12的其中一路分别被第三光电探测器5、第一光电探测器3、第五光电探测器7检测输出非相干信号；锁模激光器2剩下的两路光信号分别与参考光信号及测量光信号耦合至第二光电探测器4、第四光电探测器6；第三光电探测器5的输出信号被电耦合器18分成两路，一路与第一光电探测器3、第二光电探测器4的输出信号耦合至第一模数转换模块8输出数字信号，另一路与第四光电探测器6、第五光电探测器7的输出信号耦合至第二模数转换模块9输出数字信号；第一模数转换模块8、第二模数转换模块9的输出数字信号耦合至数字信号处理模块10输出最终的测量结果。

本发明提供的这种超快光波长测量系统，通过处理锁模激光器的输出宽谱光信号与参考光信号及待测光信号的拍频信号来得到测量光信号的波长，因此测量范围等于锁模激光器的谱宽，为10-100nm量级。测量速率等于锁模激光器的脉冲重复频率，可达到50MHz。系统在数字信号处理模块中引入互相关算法来提高测量精度，测量精度反比于光电探测器的带宽乘以色散补偿光纤的色散系数，为10pm量级。因此，利用本发明提供的这种超快光波长测量系统，可以实现大带宽，高速率，高精度的光波长测量。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，现在结合具体实例，并参照附图，对本发明做进一步说明如后，其中：

图1是依照本发明实施例的超快光波长测量系统的结构示意图。

图2是作为对比例采用光谱仪对10个待测单波长光信号的测量结果。

图3是依照本发明实施例的对图2所示10个待测单波长光信号的测量结果。