CN104393920B - 一种基于相移光纤光栅光纤环镜的全光采样器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，输入的采样时钟信号源通过第一偏振控制器、第一带通滤波器与第一光隔离器连接，第一光隔离器的第二端口与四端口耦合器的第一端口连接,四端口耦合器的第二端口与第一波分复用器第二端口相连，模拟信号从第一波分复用器第一端口输入；第一波分复用器通过第二偏振控制器与第二波分复用器连接，模拟信号从第二波分复用器第三端口输出；第二波分复用器通过相移光纤光栅与四端口耦合器的第三端口相连，四端口耦合器的第四端口与第二光隔离器的第一端口相连，第二光隔离器的第二端口与第二带通滤波器的第一端口相连，取样离散信号从第二带通滤波器的第二端口输出。

Description

一种基于相移光纤光栅光纤环镜的全光采样器
技术领域
本发明属于光电子信息技术领域，具体涉及一种基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器。
背景技术
随着通信技术地高速发展，全光取样在光通信技术领域中具有越来越重要的作用。全光取样是模拟信号向数字信号变换的第一步，是数字通信与数字信号处理的基础。在电域中实现的采样，由于处理器处理速度的限制，对于超高速率的取样，将会遇到电子瓶颈。现有电域采样电脉冲存在较宽的脉冲宽度、较大时间抖动和较长的时间响应等缺点。
发明内容
针对现有电域采样电脉冲存在较宽的脉冲宽度、较大时间抖动和较长的时间响应等缺点，本发明提供了一种基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样。
在光域中，全光采样的光脉冲比电脉冲具有更窄的脉冲宽度、极低时间抖动和超快的时间响应等优势。全光取样具有传统电域采样所不能比拟的优势，而成为了当今光电子信息研究中的热点。基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样不仅在理论上具有极低时间抖动和超快的时间响应，而且还具有低噪声等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：
基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，包括第一偏振控制器(1)、第一带通滤波器(2)、第一光隔离器(3)、四端口耦合器(4)、第一波分复用器(5)、第二偏振控制器(6)、第二波分复用器(7)、相移光纤光栅(8)、第二光隔离器(9)、第二带通滤波器(10)，输入的采样时钟信号源与第一偏振控制器(1)的第一端口(a1)连接，第一偏振控制器(1)的第二端口(a2)与第一带通滤波器(2)的第一个端口(b1)连接，第一带通滤波器(2)的第二个端口(b2)与第一光隔离器(3)的第一端口(c1)连接，第一光隔离器(3)的第二端口(c2)与四端口耦合器(4)的第一端口(d1)连接,四端口耦合器(4)的第二端口(d2)与第一波分复用器(5)第二端口(e2)相连，模拟信号从第一波分复用器(5)第一端口(e1)输入；
第一波分复用器(5)的第三端口(e3)通过高非线性光纤与第二偏振控制器(6)第一端口(f1)相连，第二偏振控制器(6)第二端口(f2)通过高非线性光纤与第二波分复用器(7)第一端口(g1)连接，模拟信号从第二波分复用器(7)第三端口(g3)输出；
第二波分复用器(7)第二端口(g2)与相移光纤光栅(8)的第一端口(h1)连接，相移光纤光栅(8)的第二端口(h2)与四端口耦合器(4)的第三端口(d3)相连，四端口耦合器(4)的第四端口(d4)与第二光隔离器(9)的第一端口(i1)相连，第二光隔离器(9)的第二端口(i2)与第二带通滤波器(10)的第一端口(j1)相连，取样离散信号从第二带通滤波器(10)的第二端口(j2)输出。
高非线性光纤用于产生交叉相位调制,使系统总色散趋于零，满足准相位匹配。
相移光纤光栅用于产生相位偏置。
偏振控制器作用在于模拟信号对离散时钟信号的交叉相位调制具有最大效率，最终实现利用时钟信号对模拟信号的采样。
优选的，所述第一波分复用器的为合波器。
优选的，所述第二波分复用器的为分波器。
优选的，采样时钟信号速率为20Gbit/s。
优选的，所述时钟信号脉冲源波长为1550nm。
优选的，所述模拟信号源波长为1310nm。
优选的，所述四端口耦合器交叉耦合系数0.3。
优选的，所述相移光纤光栅正向反向波相差为π/3。
本发明基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样，由于相移光纤光栅提供π/3相移，能够改善光纤环镜的阈值功率，也使得采样信号的透射率随模拟信号功率的变化具有较好的线性关系，达到采样的目的。
本发明采用两个偏振控制器，能够较好地消除偏振效应的影响；通过调节偏振控制器的偏振方向，离散时钟序列能够得到最大化交叉相位调制效应，相移光纤光栅使得前后向波获得π/3相移，从而改变系统开关的阈值功率，在较小的模拟信号功率作用下，离散信号能获得与模拟信号功率成正比的输出。
本发明相移光纤光栅光纤环镜全光采样易于与光纤系统集成，其特别适于光通信系统的应用。
附图说明
图1为本发明相移光纤光栅光纤环镜全光采样器的结构示意图。
图2为透射系数与泵浦光功率之间的关系。
图3(a)为系统输入的模拟信号功率。
图3(b)为系统输入的采样时钟信号。
图3(c)为系统输出的采样后离散信号。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
如图1所示，本实施例基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样包括第一偏振控制器1、第一带通滤波器2、第一光隔离器3、四端口耦合器4，第一波分复用器5、第二偏振控制器6、第二波分复用器7、相移光纤光栅8、第二光隔离器9、第二带通滤波器10。输入的采样时钟信号速率为20Gbit/s,信号波长1550nm，模拟信号波长1310nm1530nm-1570nm。
输入的采样时钟信号源与第一偏振控制器1的第一端口a1连接，第一偏振控制器1的第二端口a2与第一带通滤波器2的第一个端口b1连接，第一带通滤波器2的第二个端口b2与第一光隔离器3的第一端口c1连接，第一光隔离器3的第二端口c2与四端口耦合器4的第一端口d1连接,四端口耦合器4的第二端口d2与第一波分复用器5第二端口e2相连，模拟信号从第一波分复用器5第一端口e1输入。
第一波分复用器5的第三端口e3通过高非线性光纤与第二偏振控制器6第一端口f1相连，第二偏振控制器6第二端口f2通过高非线性光纤与第二波分复用器7第一端口g1连接，模拟信号从第二波分复用器7第三端口g3输出。
第二波分复用器7第二端口g2与相移光纤光栅8的第一端口h1连接，相移光纤光栅8的第二端口h2与四端口耦合器4的第三端口d3相连，四端口耦合器4的第四端口d4与第二光隔离器9的第一端口i1相连，第二光隔离器9的第二端口i2与第二带通滤波器10的第一端口j1相连，取样离散信号从第二带通滤波器10的第二端口j2输出。
连接第一波分复用器5与第二波分复用器7之间的光纤为高非线性光纤，其余为普通标准单模光纤。
高非线性光纤用于模拟信号对时钟信号产生交叉相位调制，相移光栅用于在正反向传输信号之间偏置一个π/3的相位，以实现在较小的模拟信号功率范围，其输出对模拟信号功率有较好的线性。为了尽可能地减少损耗，环以外器件的连接点直接熔接在一起。
本发明基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样采样过程：
1、根据相移光纤光栅光纤环镜全光采样四端口耦合器的特点，选择合适的模拟信号波、时钟信号波波长以满足采样信号的输出条件。
2、根据高非线性光纤长度及其参数，选择合适的模拟信号泵浦波的功率。
3、根据所需要的相移偏置，选定相移光栅的参数。
4、根据环镜开关的特点，选择时钟信号的速率。
图1携带时钟信号的信号波长为1550nm，模拟泵浦信号的波长为1310nm，高非线性光纤长度L＝30m，二阶、四阶色散系数分别为β2(ω0)＝-0.006ps2/km、β4(ω0)＝-2×10- 4ps4/km，非线性系数γ为25W-1km-1。普通单模光纤的长度30m。
本发明可以得到线性度极好的采样信号输出。线性度度受输入泵浦波功率、高非线性光纤长度等的控制。
以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：包括第一偏振控制器(1)、第一带通滤波器(2)、第一光隔离器(3)、四端口耦合器(4)、第一波分复用器(5)、第二偏振控制器(6)、第二波分复用器(7)、相移光纤光栅(8)、第二光隔离器(9)、第二带通滤波器(10)，输入的采样时钟信号源与第一偏振控制器(1)的第一端口(a1)连接，第一偏振控制器(1)的第二端口(a2)与第一带通滤波器(2)的第一个端口(b1)连接，第一带通滤波器(2)的第二个端口(b2)与第一光隔离器(3)的第一端口(c1)连接，第一光隔离器(3)的第二端口(c2)与四端口耦合器(4)的第一端口(d1)连接,四端口耦合器(4)的第二端口(d2)与第一波分复用器(5)第二端口(e2)相连，模拟信号从第一波分复用器(5)第一端口(e1)输入；
第一波分复用器(5)的第三端口(e3)通过高非线性光纤与第二偏振控制器(6)第一端口(f1)相连，第二偏振控制器(6)第二端口(f2)通过高非线性光纤与第二波分复用器(7)第一端口(g1)连接，所述的模拟信号从第二波分复用器(7)第三端口(g3)输出；
第二波分复用器(7)第二端口(g2)与相移光纤光栅(8)的第一端口(h1)连接，相移光纤光栅(8)的第二端口(h2)与四端口耦合器(4)的第三端口(d3)相连，四端口耦合器(4)的第四端口(d4)与第二光隔离器(9)的第一端口(i1)相连，第二光隔离器(9)的第二端口(i2)与第二带通滤波器(10)的第一端口(j1)相连，取样离散信号从第二带通滤波器(10)的第二端口(j2)输出。
2.如权利要求1所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：所述的第一波分复用器为合波器。
3.如权利要求1所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：所述的第二波分复用器为分波器。
4.如权利要求1所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：采样时钟信号速率为20Gbit/s。
5.如权利要求1或4所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：时钟信号脉冲源波长为1550nm。
6.如权利要求1所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：模拟信号源波长为1310nm。
7.如权利要求1所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：所述四端口耦合器的交叉耦合系数0.3。
8.如权利要求1-4、6-7任一项所述的基于相移光纤光栅光纤环镜全光采样器，其特征在于：所述相移光纤光栅的正向反向波相差为π/3。
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