CN103631063B - 基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器 - Google Patents

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Abstract

基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，适用于高速光信号处理和控制领域。产生超短光脉冲的锁模激光光源(1)经光开关(2)与光强度调制器(3)的调制端口(31)相连，构成超短光脉冲输入部分；光强度调制器(3)的输入、输出端口(32，33)分别经光环形器(5，6)和第一、第二啁啾光纤光栅(7，8)与超连续谱光源(4)和2×2光耦合器(9)的端口(91)相连，构成时间拓展部分；2×2光耦合器(9)的端口(94)和控制光源(12)连接波分复用器(11)的两个输入端口，其端口(93)经光纤(10)与波分复用器(11)的输出端口相连，构成光抽样控制部分；其端口(92)经光带通滤波器(13)与光数字示波器(14)相连，构成光抽样信号输出部分。

Description

基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器
技术领域
本发明属于信息光电子技术，适用于高速光信号处理和控制领域，特别涉及一种高精度超短光脉冲抽样器。
背景技术
数字系统因在稳定性、抗干扰能力、处理精度等方面与模拟系统相比具有明显的优势，近年来取得了飞速的发展。作为模拟与数字系统接口的关键器件，模数转换器引起了人们越来越多的关注。然而，由于受限于时钟精度和器件材料，电的模数转换器在超宽带、超高速等先进系统中显得力不从心，因此对高速、高精度全光模数转换器的需求便与日俱增。
全光模数转换器涉及光学抽样、光学量化和光学编码三个基本单元，其中光学抽样是实现全光模数转换的第一步，直接决定着整个全光模数转换器的转换精度和处理速度。目前的光学抽样方法主要分为两类：一类是基于光纤、非线性晶体或半导体中的超快光学非线性效应，如2004年Oda等人报道的基于光纤中四波混频的全光抽样技术[Sho-ichiroOda,AkihiroMaruta,Ken-ichiKitayama,“All-opticalquantizationschemebasedonfibernonlinearity”,IEEEPhotonicsTechnology,Letters,2004,Vol16,No.2,pp:587-589]；另一类是基于半导体光放大器的开关效应，如2010年YiYang等人报道的基于半导体光放大器和马赫-增德尔干涉仪的全光抽样技术[YiYang,JianCui,ZhengLi,ZhengZheng,“WaveformmonitoringbasedoncascadedsymmetricMach-Zehnderinterferometer”,2010SymposiumonPhotonicsandOptoelectronic]。但是，上述方案由于精度、稳定度和时间分辨率有限，无法实现对具有超快动态特征的超短光脉冲进行抽样。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有超短光脉冲抽样器在精度、稳定度和时间分辨率上的不足，提出一种基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
本发明的技术方案：
本发明提出一种基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，构成该器件各部分的连接：
产生超短光脉冲的锁模激光光源1经光开关2与光强度调制器3的调制端口31相连，构成超短光脉冲输入部分。
超连续谱光源4的输出端口连接光环形器5的第一接口51，光环形器5的第二接口52连接第一啁啾光纤光栅7，光环形器5的第三接口53连接光强度调制器3的输入端口32，光强度调制器3的输出端口33连接光环形器6的第一接口61，光环形器6的第二接口62连接第二啁啾光纤光栅8，光环形器6的第三接口63连接2×2光耦合器9的端口91，构成时间拓展部分。
2×2光耦合器9的端口94连接光波分复用器11的一个输入端口，光波分复用器11的另一输入端口连接控制光源12，光波分复用器11的输出端口连接光纤10的一端，光纤10的另一端连接2×2光耦合器9的端口93，2×2光耦合器9的端口92与光带通滤波器13相连，构成光抽样控制部分。
光带通滤波器13与光数字示波器14相连，构成光抽样信号输出部分。
超短光脉冲输入部分、时间拓展部分、光抽样控制部分、光抽样信号输出部分构成基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
本发明提出的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其工作方式为：超短光脉冲经光强度调制器，将时间域信号映射到经第一个啁啾光纤光栅色散后的超连续谱光源的波长域，再利用第二个啁啾光纤光栅的色散效应进行时间域拓展，然后时间拓展输出的光脉冲在控制光源的作用下被抽样，所得的光抽样信号经光带通滤波器滤波，最后由光数字示波器显示和输出。
本发明的有益效果具体如下：
本发明提出的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，充分利用啁啾光纤光栅的高色散和时间域到波长域的映射效应，将超短光脉冲进行时间拓展，并在控制光源的作用下进行抽样，使得该超短光脉冲抽样器在稳定度、精度和时间分辨率方面大大提高，具有结构简单、成本低廉、控制方便的优点。
附图说明
图1采用啁啾光纤光栅的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
图2采用高色散光纤的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施方式一
如图1，采用啁啾光纤光栅的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，构成该器件各部分的连接：
产生超短光脉冲的锁模激光光源1通过光开关2与光强度调制器3的调制端口31相连，构成超短光脉冲输入部分。
超连续谱光源4的输出端口连接光环形器5的第一接口51，光环形器5的第二接口52连接第一啁啾光纤光栅7，光环形器5的第三接口53连接光强度调制器3的输入端口32，光强度调制器3的输出端口33连接光环形器6的第一接口61，光环形器6的第二接口62连接第二啁啾光纤光栅8，光环形器6的第三接口63连接2×2光耦合器9的端口91，构成时间拓展部分。
2×2光耦合器9的端口94连接光波分复用器11的一个输入端口，光波分复用器11的另一输入端口连接控制光源12，光波分复用器11的输出端口连接光纤10的一端，光纤10的另一端连接2×2光耦合器9的端口93，2×2光耦合器9的端口92与光带通滤波器13相连，构成光抽样控制部分。
光带通滤波器13与光数字示波器14相连，构成光抽样信号输出部分。
超短光脉冲输入部分、时间拓展部分、光抽样控制部分、光抽样信号输出部分构成基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
所述的第一啁啾光纤光栅7的啁啾系数C1和第二啁啾光纤光栅8的啁啾系数C2，应满足C1×C2>0。
实施方式二
如图2，采用高色散光纤的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，构成该器件各部分的连接：
产生超短光脉冲的锁模激光光源1经光开关2与光强度调制器3的调制端口31相连，构成超短光脉冲输入部分。
超连续谱光源4的输出端口连接高色散光纤41的一端，高色散光纤41的另一端连接光强度调制器3的输入端口32，光强度调制器3的输出端口33连接高色散光纤42的一端，高色散光纤42的另一端连接2×2光耦合器9的端口91，构成时间拓展部分。
2×2光耦合器9的端口94连接光波分复用器11的一个输入端口，光波分复用器11的另一输入端口连接控制光源12，光波分复用器11的输出端口连接光纤10的一端，光纤10的另一端与2×2光耦合器9的端口93相连，2×2光耦合器9的端口92与光带通滤波器13相连，构成光抽样控制部分。
光带通滤波器13与光数字示波器14相连，构成光抽样信号输出部分。
超短光脉冲输入部分、时间拓展部分、光抽样控制部分、光抽样信号输出部分构成基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
所述的高色散光纤41的色散系数D1和高色散光纤42的色散系数D2，应满足D1×D2>0。
实施方式中，所述的超连续谱光源4为掺铒光纤放大器或LED或其它任何波长范围在光纤低损耗窗口的宽谱光源。所述的控制光源12为具有时钟特征的脉冲光源。所述的光纤10为高非线性光纤。

Claims (6)

1.基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其特征在于，构成该器件各部分的连接：
产生超短光脉冲的锁模激光光源(1)经光开关(2)与光强度调制器(3)的调制端口(31)相连，构成超短光脉冲输入部分；
超连续谱光源(4)的输出端口连接光环形器(5)的第一接口(51)，光环形器(5)的第二接口(52)连接第一啁啾光纤光栅(7)，光环形器(5)的第三接口(53)连接光强度调制器(3)的输入端口(32)，光强度调制器(3)的输出端口(33)连接光环形器(6)的第一接口(61)，光环形器(6)的第二接口(62)连接第二啁啾光纤光栅(8)，光环形器(6)的第三接口(63)连接2×2光耦合器(9)的端口(91)，构成时间拓展部分；
2×2光耦合器(9)的端口(94)连接光波分复用器(11)的一个输入端口，光波分复用器(11)的另一输入端口连接控制光源(12)，光波分复用器(11)的输出端口连接光纤(10)的一端，光纤(10)的另一端连接2×2光耦合器(9)的端口(93)，2×2光耦合器(9)的端口(92)与光带通滤波器(13)相连，构成光抽样控制部分；
光带通滤波器(13)与光数字示波器(14)相连，构成光抽样信号输出部分；
超短光脉冲输入部分、时间拓展部分、光抽样控制部分、光抽样信号输出部分构成基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器。
2.根据权利要求1所述的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其特征在于，所述的第一啁啾光纤光栅(7)的啁啾系数C1和第二啁啾光纤光栅(8)的啁啾系数C2，应满足C1×C2>0。
3.根据权利要求1所述的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其特征在于，所述的第一啁啾光纤光栅(7)和第二啁啾光纤光栅(8)，可由高色散光纤或其它色散器件来代替。
4.根据权利要求1所述的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其特征在于，超连续谱光源(4)为掺铒光纤放大器或LED或其它任何波长范围在光纤低损耗窗口的宽谱光源。
5.根据权利要求1所述的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其特征在于，控制光源(12)为具有时钟特征的脉冲光源。
6.根据权利要求1所述的基于时间拓展技术的高精度超短光脉冲抽样器，其特征在于，光纤(10)为高非线性光纤。
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