[发明专利]具有复数值输出的光学实时傅里叶变换的装置及方法

说明书

本发明公开了一种具有复数值输出的光学实时傅里叶变换的装置及方法，装置包括锁模激光器、第一段色散光纤、马赫曾德尔调制器、第二段色散光纤、连续波激光器、90度光学混合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器；锁模激光器、第一段色散光纤、马赫曾德尔调制器、第二段色散光纤通过光纤依次连接，并将信号从90度光学混合器的一个输入口输入；连续波激光器产生连续的光信号则从90度光学混合器的另一输入口输入，90度光学混合器输出的四路信号分为两组分别进入第一平衡光电探测器和第二平衡光电探测器。本发明结构简单，有利于日后集成化使用；利用光纤作为传输媒介，一定程度上避免外界的电磁干扰。

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，具体涉及一种采用光子学的技术以实现对任意电信号的频谱进行实时的表征，极大程度上保留了信号频谱的信息量。

背景技术

傅里叶变换是信号处理领域一种重要的算法，对于任意波形信号，其都可以通过不同的正弦波形的叠加产生，而从频域上讲，则可以看成不同谱线之间的叠加，傅里叶变换就是将难以分析或处理的时域信号转换成易于处理的频域信号，直观地表现出各种信号的特征，即信号的频率结构以及各谐波和相位信息，并且可以通过利用一些工具，对这些频域信号进行处理，从而达到对时域信号的分析和加工。

近年来，信号频谱分析在雷达系统、无线通信、软件无线电等领域均展现着较为广阔的应用前景。传统的任意波形信号频域分析通过电子器件来实现，大部分仪器和软件都是利用快速傅里叶算法来产生频谱信息，即需要通过采样，在一定程度上丢失了部分信息，同时有着电子器件固有的电子瓶颈，难以适应未来大宽带、高速率、低损耗的发展进程。通过结合光子学的方法，为其提供了新的解决方向，具有损耗低、易于调谐、抗电磁干扰等优点，利用光学方法进行频谱分析引起了越来越多的关注，并得到了广泛的研究，在未来，采用光学技术的频谱分析产生除了需要满足频谱的高保真度外，还需要灵活性、动态可调谐性，且结构上需要满足小型化、紧凑化的特点，以适应集成化系统的趋势。

目前为了提高信号频谱分析的灵敏度和效率，基本上聚焦在使用基于快速傅里叶变换的算法优化上，但仍然不可避免的需要对原始信号进行数据采集，受限于采集速率。本世纪初，通过对光学及其器件的研究，利用色散介质可以我们可以很好的将频域波形映射到时域中，Azana J,Muriel M A.“Real-time optical spectrum analysis based on thetime-space duality in chirped fiber gratings,”IEEE J Quantum Electron,2000,36(5):517-526.利用光纤布拉格光栅的色散特性对信号进行了实时傅里叶变换，在时域中展现了信号频谱的波形，提供了频谱分析以及修改时间信号特性新的方向。但目前大多数方法仅仅对生成傅里叶变换信号的幅度变化进行了表征，而忽略了目标信号频谱的相位信息。在信号频谱分析的应用中，相位的变化也可能会对之后关于该信号的系列操作的结果产生一定的影响，因此对于任意波形的频谱信号相位也需要进行表达。

基于上述现状，本发明提出了一种具有复数值输出的光学实时傅里叶变换的技术方案，其能完整地表示出所给定任意信号的频谱信息，即该信号频谱的幅度变化以及相位变化。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有复数值输出的光学实时傅里叶变换的装置及方法，其以光学方法，提供对任意信号频谱的幅度信息与相位信息的检测分析。

本发明采取如下技术方案：