CN112311468A - 基于非脉冲信号的线性光采样方法及*** - Google Patents

基于非脉冲信号的线性光采样方法及*** Download PDF

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徐炳鑫
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Abstract

一种基于非脉冲信号的线性光采样方法及***，通过非脉冲采样光信号对被采样光信号进行干涉采样后，得到具有射频载波的原始采样结果，对原始采样结果进行傅里叶变换后取高于噪声阈值的有限频率分量的复数
Figure DDA0002152066640000011
与根据预测量生成的对应补偿信号
Figure DDA0002152066640000012
相乘，代替原始采样结果频谱位置上的点，得到解调结果的频域表示，经傅里叶反变换后得到解调结果的时域复数表示：①取包络后恢复出被采样信号的强度，和/或②去除载波后恢复出相位，即被采样信号的相位。本发明以电光调制产生的电光梳作为采样信号，在摆脱了对锁模激光器和脉冲型采样信号的限制的同时能够显著提高测量的动态范围和信噪比，且成本远低于锁模激光器，具有更高的实用价值。

Description

基于非脉冲信号的线性光采样方法及***
技术领域
本发明涉及的是一种光通信领域的技术，具体是一种基于非脉冲信号的线性光采样方法及***。
背景技术
线性光采样技术使用超短脉冲作为采样光源，利用超短脉冲的门函数效应可以提供超高的时间分辨率，不需要借助非线性过程，没有功率要求且***简单，已经被广泛应用在时分复用光信号、新型调制格式光信号和波分复用光信号的检测上。但线性光采样技术依赖高质量的采样脉冲，给***带来了两个限制。一是需要锁模激光器作为采样光源，价格昂贵；二是脉冲光峰值功率很高，为保护检测器件必须限制功率，降低了测量的动态范围和信噪比。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于非脉冲信号的线性光采样方法及***，以电光调制产生的电光梳作为采样信号，在摆脱了对锁模激光器和脉冲型采样信号的限制的同时能够显著提高测量的动态范围和信噪比，且成本远低于锁模激光器，具有更高的实用价值。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于非脉冲信号线性光***的采样方法，通过非脉冲采样光信号对被采样光信号进行干涉采样后，得到具有射频载波的原始采样结果，对原始采样结果进行傅里叶变换后取高于噪声阈值的有限频率分量的复数
Figure BDA0002152066620000011
与根据预测量生成的对应补偿信号
Figure BDA0002152066620000012
相乘，代替原始采样结果频谱位置上的点，得到解调结果的频域表示，经傅里叶反变换后得到解调结果的时域复数表示：①取包络后恢复出被采样信号的强度，和/或②去除载波后恢复出相位，即被采样信号的相位。
所述的非脉冲采样光信号的频率分量为：
Figure BDA0002152066620000013
被采样光信号的频率分量为：
Figure BDA0002152066620000014
其中：fs0和fd0分别为光载波的中心频率，fs和fd为重复频率，
Figure BDA0002152066620000015
和
Figure BDA0002152066620000016
为对应频率分量的复系数。
所述的具有射频载波的原始采样结果为：
Figure BDA0002152066620000017
其中：Δf0＝fd0-fs0，Δf＝fd-fs可以分别被认为是原始采样结果的中心频率和重复频率，被采样信号的带宽和重复频率被压缩k倍，
Figure BDA0002152066620000021
当采样信号是锁模激光器产生的超短脉冲时，
Figure BDA0002152066620000022
为强度相同且相位为0的常数，被采样信号可以直接恢复。
所述的补偿信号，通过对非脉冲采样光信号进行基于锁模激光器的传统线性光采样技术得到，具体为：
Figure BDA0002152066620000023
所述的解调结果为
Figure BDA0002152066620000024
所述的非脉冲信号线性光***包括：由微波源、电放大器和双驱动马赫增德尔调制器组成的光采样模块，该光采样模块与待采样信号通过50/50光纤耦合器进行相干采样，50/50光纤耦合器的输出端设有平衡光电探测器、数据采集卡和数据处理器构成的信号恢复模块，通过控制微波源输出频率使得采样信号的重复频率与被采样信号的重频频率之间存在Δf的频率差异，从而进行等效采样。
所述的频率差异为Δf＝fd-fs是非脉冲采样光信号重复频率和被采样光信号重复频率的差，该频率差与等效采样率成反比关系，与采样实际消耗的时间成正比关系。在被采样信号重复频率fd一定的情况下，具体的可以通过控制光采样模块中微波源输出信号的频率fs控制。
所述的待采样信号，采用但不限于：激光器、光纤耦合器、信号发生器和电光调制器组成的信号发生模块得到。
所述的电光调制器产生的包括开关键控(OOK)、差分相移键控(DPSK)和正交幅度调制(QAM)等格式在内的光通信波形，或者其他任意周期波形，均可作为***的被采样信号。
所述的光采样模块优选接收来自待采样信号同源的激光载波以生成光采样信号。
所述的同源的激光载波，通过将激光器产生的单频激光由光纤耦合器分成两路，一路进入电光调制器，另一路作为相干接收时所用的本地光。
所述的双驱动马赫增德尔调制器对本地光进行调制，被经电放大器放大的微波源输出射频信号驱动，产生电光调制光频率梳作为采样光源；在仅强度调制时本地光可以由另一激光器输出代替。
附图说明
图1为本发明***结构示意图；
图2为实施例信号比较示意图；
图中：激光器1、50/50光纤耦合器2、电光调制器3、信号发生器4、双驱动马赫增德尔调制器5、电放大器6、微波源7、50/50光纤耦合器8、平衡光电探测器9、数据采集卡10、数据处理器11。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：待采样信号模块、光采样模块、相干接收模块、信号采集和处理模块。
所述的待采样信号模块包括：激光器1、50/50光纤耦合器2、电光调制器3和信号发生器4。
所述的光采样模块包括：双驱动马赫增德尔调制器5，电放大器6和微波源7
所述的相干接收模块包括：50/50光纤耦合器8和平衡光电探测器9。
所述的信号采集和处理模块包括：数据采集卡10和数据处理器11。
如图1所示，激光器1产生的单频激光被光纤耦合器2分为功率相同的两条支路分别输出至：①电光调制器3，经信号发生器4产生码型信号驱动以产生开关键控信号，信号码率为10Gb/s，以及②双驱动马赫增德尔调制器5，其驱动信号为经电放大器6放大的微波源7输出，其频率为1.001GHz；两条支路的输出信号经相干接收模块8干涉，通过平衡光电探测器9接收，由数据采集卡10采集得到原始采样结果。并经数据处理器11处理得到图2中
原始采样结果经数据处理器11处理，具体过程为：对原始采样结果进行傅里叶变换，取有限频率分量的复数值
Figure BDA0002152066620000031
与补偿信号
Figure BDA0002152066620000032
相乘，经傅里叶反变换后得到解调结果的时域复数表示，取包络得到被采样信号时域的强度波形，如图2所示(Generalized LOS technique对应波形)，与用锁模激光器进行采样的传统方式所得的结果(LOS technique对应波形)相比，相对误差小于5％，测量准确度相当。
经过具体实际实验，使用时域上非脉冲的采样信号，具体的为电光调制产生的具有1GHz重复频率的电光梳，对10Gb/s的开关键控信号进行线性光采样，并经过上述解调方法，能够得到如图2所示解调结果。
本方法所得到的采样结果与传统锁模激光器线性光采样结果相比，测量准确度相当，相对误差小于5％；本方法的采样信号的平均功率与传统线性光采样所用超短脉冲相比，提高在10倍以上；本方法所用***与传统锁模激光器线性光采样***相比，成本仅为其五分之一左右，成本大大降低，实用性增强；本方法不仅可使用电光梳作为采样光源，也可使用其他低成本光梳光源作为采样信号，如gain-switch laser等。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种基于非脉冲信号线性光***的采样方法，其特征在于，通过非脉冲采样光信号对被采样光信号进行干涉采样后，得到具有射频载波的原始采样结果，对原始采样结果进行傅里叶变换后取高于噪声阈值的有限频率分量的复数
Figure FDA0002152066610000011
与根据预测量生成的对应补偿信号
Figure FDA0002152066610000012
相乘，代替原始采样结果频谱位置上的点，得到解调结果的频域表示，经傅里叶反变换后得到解调结果的时域复数表示：①取包络后恢复出被采样信号的强度，和/或②去除载波后恢复出相位，即被采样信号的相位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的非脉冲信号线性光***包括：由微波源、电放大器和双驱动马赫增德尔调制器组成的光采样模块，该光采样模块与待采样信号通过50/50光纤耦合器进行相干采样，50/50光纤耦合器的输出端设有平衡光电探测器、数据采集卡和数据处理器构成的信号恢复模块，通过控制微波源输出频率使得采样信号的重复频率与被采样信号的重频频率之间存在Δf的频率差异，从而进行等效采样。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的非脉冲采样光信号的频率分量为：
Figure FDA0002152066610000013
被采样光信号的频率分量为：
Figure FDA0002152066610000014
其中：fs0和fd0分别为光载波的中心频率，fs和fd为重复频率，
Figure FDA0002152066610000015
和
Figure FDA0002152066610000016
为对应频率分量的复系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的具有射频载波的原始采样结果为：
Figure FDA0002152066610000017
其中：Δf0＝fd0-fs0，Δf＝fd-fs可以分别被认为是原始采样结果的中心频率和重复频率，被采样信号的带宽和重复频率被压缩k倍，
Figure FDA0002152066610000018
当采样信号是锁模激光器产生的超短脉冲时，
Figure FDA0002152066610000019
为强度相同且相位为0的常数，被采样信号可以直接恢复。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的补偿信号，通过对非脉冲采样光信号进行基于锁模激光器的传统线性光采样技术得到，具体为：
Figure FDA00021520666100000110
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的解调结果为
Figure FDA0002152066610000021
7.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的频率差异为Δf＝fd-fs是非脉冲采样光信号重复频率和被采样光信号重复频率的差，该频率差与等效采样率成反比关系，与采样实际消耗的时间成正比关系，在被采样信号重复频率fd一定的情况下，具体的可以通过控制光采样模块中微波源输出信号的频率fs控制。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的同源的激光载波，通过将激光器产生的单频激光由光纤耦合器分成两路，一路进入电光调制器，另一路作为相干接收时所用的本地光。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的双驱动马赫增德尔调制器对本地光进行调制，被经电放大器放大的微波源输出射频信号驱动，产生电光调制光频率梳作为采样光源。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，当仅进行强度调制时本地光采用另一激光器输出。
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