CN105656557B - 近场卷积信号处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种近场卷积信号处理系统，包括：宽谱光源、马赫曾德干涉仪、波形整形器、马赫曾德调制器、任意波形发生器、色散单元、光电探测器。该系统利用近场时域频域变换技术能够有效的消除在时域频域卷积技术中对色散量要求苛刻的问题，即色散量既要大到可以满足远场条件同时又不能大到影响调制上的信号，而将近场频域时域技术应用到其中可以解决该问题，并且所需要的色散量不大，有利于实现更多的信号处理功能。

Description

近场卷积信号处理系统
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域，特别涉及一种近场卷积信号处理系统。
背景技术
传统的时域频域卷积技术(Time-spectrum Convolution，简称TSC)对色散单元中色散量的要求很高。一方面，其色散量要很大，以达到远场色散条件，即D＞＞τ2，其中D为色散单元的色散量，τ为光信号的时间宽度，满足上述条件实现频域时域变换(Frequence toTime Mapping)；另一方面，传统的TSC的链路为一宽谱光源经过一滤波器后再通过一电光调制器调制上一电信号，之后经过一色散单元，若要实现输出信号为宽谱光源频谱与调制电信号卷积的形式，即我们需要要求色散量和调制信号的频谱宽度满足下述不等式，即其中，Δωm为调制信号的频谱宽度，为色散单元的色散系数，与色散量成正比，S(ω)为宽谱光源的谱强度密度，m(t)为调制上的电信号。容易看出，上述不等式限制了色散单元的色散量。因为若色散量大，就要求调制上的频谱宽度小，从而限制了调制上信号的信息量。所以在传统的TSC系统中，为了得到卷积形式的输出信号强度，我们要求色散量刚好满足上述两个不等式，这一条件比较苛刻。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于近场频域时域变换技术和时域频域卷积技术的近场卷积技术。
(二)技术方案
根据本发明提出的近场卷积信号处理系统，包括：宽谱光源，用于产生一非相干的宽谱光信号；马赫曾德干涉仪，用于对所述宽谱光信号进行干涉；波形整形器，对经过干涉后的光信号进行整形，消除远场色散条件的限制；电光调制器，其一个输入端与波形整形器的输出端相连，另一个输入端与任意波形发生器的输出端相连，用于将任意波形发生器产生的电信号调制到光信号上；任意波形发生器，该任意波形发生器的输出端与一电光调制器的另一输入端相连，用于产生电信号；色散单元，对电光调制器的输出信号进行频域时域变化；光电探测器，将色散单元输出的光信号转换为电信号。
优选地，所述宽谱光源的中心波长在1550nm，带宽为40nm。
优选地，所述马赫曾德干涉仪为双臂色散量差值为1.5ps/nm的非平衡双臂马赫曾德干涉仪，其带宽大于输入的宽谱光源带宽。
优选地，所述波形整形器内部具有真时间透镜单元，其可以对输入信号的相位进行调制以消除远场色散条件的限制，并且其带宽大于所述的输入宽谱光源带宽。
优选地，所述电光调制器为双臂马赫曾德调制器，其带宽要大于所述的输入宽谱光源带宽。
优选地，所述色散单元为单模光纤，用于对调制后的时域信号进行拉伸处理。
优选地，所述光电探测器的带宽大于所述系统输入信号的带宽。
优选地，所述宽谱光源、马赫曾德干涉仪、波形整形器、电光调制器之间通过单模光纤相连接。
优选地，所述任意波形发生器与调制器通过标准射频连接线相连接。
(三)有益效果
由上述技术方案可以看出，本发明基于近场频域时域技术和时域频域卷积技术，可以消除传统TSC系统对色散量的苛刻要求，并且可以增大调制电信号的带宽。同时，由于对色散量的要求低，可以有效的控制信号系统的成本。
附图说明
图1是本发明近场卷积信号处理系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明是将近场频域时域变换技术应用的TSC中，以增大调制信号的带宽，另一方面，近场频域时域变换技术可以使该信号处理系统对色散量的要求变低，从而可以更好地控制成本。
对于远场频域时域变换技术，当光信号通过一色散量为的色散介质时，其输出信号的表达式如下，通过上式容易看出，若要实现频域到时域变换，即输出信号的时域波形为输入信号的频域波形，为了满足要求从而消掉这里D(背景技术中提及)与等价。上述为远场频域时域变化，对于近场频域时域变化，通过在输入信号进入色散介质之前对信号进行一个处理，即乘上便可以消除上述积分中对该过程的影响，从而使得色散量在不满足远场条件的情况下也可以实现频域到时域的变化。
本发明将近场频域时域技术应用到近场时域频域卷积技术中，在具体的操作中，在马赫曾德调制器前加上一个波形整形器，其作用是对信号的波形进行有目的地调整以消除远场色散条件的限制，这就是近场频域时域变换技术，在消除了远场色散条件后，可以选择小色散量的色散单元。
图1是本发明近场卷积信号处理系统的结构示意图。参照图1，本发明的近场卷积信号处理系统包括：宽谱光源1，用于产生一非相干的宽谱光信号；马赫曾德干涉仪2，用于对所述宽谱光信号进行干涉；波形整形器3，对经过干涉后的光信号进行整形，消除远场色散条件的限制；电光调制器4，其一个输入端与波形整形器的输出端相连，另一个输入端与任意波形发生器的输出端相连，用于将任意波形发生器产生的电信号调制到光信号上；任意波形发生器5，该任意波形发生器的输出端与一电光调制器的另一输入端相连，用于产生电信号；色散单元6，对电光调制器的输出信号进行频域时域变化；光电探测器7，将色散单元输出的光信号转换为电信号。宽谱光源、马赫曾德干涉仪、波形整形器、电光调制器之间通过单模光纤相连接，任意波形发生器与调制器通过标准射频连接线相连接。
其中宽谱光源1的中心波长在1550nm，带宽为40nm。马赫曾德干涉仪为双臂色散量差值为1.5ps/nm的非平衡双臂马赫曾德干涉仪，其带宽大于输入的宽谱光源带宽。波形整形器内部具有真时间透镜单元，其可以对输入信号的相位进行调制以消除远场色散条件的限制，并且其带宽大于所述的输入宽谱光源带宽。电光调制器为双臂马赫曾德调制器，其带宽要大于所述的输入宽谱光源带宽。色散单元为单模光纤，用于对调制后的时域信号进行拉伸处理。光电探测器的带宽大于所述系统输入信号的带宽。
下面进一步详细描述本发明的近场卷积信号处理系统的工作过程
首先，该系统由宽谱光源1产生一非相干的宽谱光信号，其光谱强度密度为G(ω)，该信号在经过双臂色散量不同的马赫曾德干涉仪2后，经过光的干涉会产生一光谱宽度在40nm的谱强度成啁啾形的光信号，具体形式为S(ω)∝G(ω)·[1+cos(τω+[ΔD/2]ω2)]，其中τ为双臂间的时间差，ΔD为双臂的色散量的差值，通过选择双臂的色散量，将双臂色散量的差定于1.5ps/nm，该差值可以决定啁啾量。当光信号在经过波形整形器3时，将对信号进行有目的地整形，波形整形器3内部具有真时间透镜单元，其可以对输入信号的相位进行调制，其在数学上的表示为对原信号乘上一复数项通过此过程来消除远场色散条件的限制，如背景技术里所述。随后，通过马赫曾德调制器4我们可以将一由任意波形发生器5产生的电信号调制到光信号上，在这过程中，调制的电信号波形是任意选择的。调制后的信号会经过一色散单元6，即一段单模光纤，其目的是实现频域时域变化，我们选用色散量为170ps/nm的单模色散光纤，由于经过波形整形器3对信号的整形，要实现频域时域变化将不再考虑满足远场色散条件，如背景技术里所述。最终，实现了近场卷积信号的处理。在这一链路中，我们要求马赫曾德干涉仪2、波形整形器3、电光调制器4的工作带宽要大于输入信号的带宽。
综上所述，本发明的近场卷积信号处理系统，通过将近场频域时域变化技术应用在传统的TSC系统中，消除了传统TSC系统的远场色散条件，从而实现小色散量的时域频域变化，进而增大了可调电信号的带宽，并且节约了成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种近场卷积信号处理系统，其特征在于，包括：
宽谱光源，用于产生一非相干的宽谱光信号；
马赫曾德干涉仪，用于对所述宽谱光信号进行干涉，；
波形整形器，对经过干涉后的光信号进行整形，消除远场色散条件的限制，其中远场色散条件即D＞＞τ2，D为色散单元的色散量，τ为光信号的时间宽度；
电光调制器，其一个输入端与波形整形器的输出端相连，另一个输入端与任意波形发生器的输出端相连，用于将任意波形发生器产生的电信号调制到光信号上；
任意波形发生器，该任意波形发生器的输出端与一电光调制器的另一输入端相连，用于产生电信号；
色散单元，对电光调制器的输出信号进行频域时域变化；
光电探测器，将色散单元输出的光信号转换为电信号；
其中，所述波形整形器对经过干涉后的光信号进行整形，消除远场色散条件的限制，具体包括：
对于近场频域时域变化，通过在输入信号进入色散介质之前对信号进行一个处理，即乘上便可以消除输出信号的表达式由对该过程的影响，从而使得色散量在不满足远场条件的情况下也可以实现频域到时域的变化，其中t′为输入信号时域坐标，t为输出信号的时域坐标，ain为输入函数，aout为输出函数，为色散单元的色散系数，；
当光信号在经过波形整形器时，将对信号进行有目的地整形，波形整形器内部具有真时间透镜单元，其可以对输入信号的相位进行调制，其在数学上的表示为对原信号乘上一复数项通过此过程来消除远场色散条件的限制。
2.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述宽谱光源的中心波长在1550nm，带宽为40nm。
3.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述马赫曾德干涉仪为双臂色散量差值为1.5ps/nm的非平衡双臂马赫曾德干涉仪，其带宽大于输入的宽谱光源带宽。
4.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述波形整形器内部具有真时间透镜单元，其可以对输入信号的相位进行调制以消除远场色散条件的限制，并且其带宽大于所述的输入宽谱光源带宽。
5.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述电光调制器为双臂马赫曾德调制器，其带宽要大于所述的输入宽谱光源带宽。
6.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述色散单元为单模光纤，用于对调制后的时域信号进行拉伸处理。
7.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述光电探测器的带宽大于所述系统输入信号的带宽。
8.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述宽谱光源、马赫曾德干涉仪、波形整形器、电光调制器之间通过单模光纤相连接。
9.根据权利要求1所述的近场卷积信号处理系统，其特征在于，所述任意波形发生器与调制器通过标准射频连接线相连接。
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