CN110022176B - 一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电技术领域，涉及宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器及其实现方法。本发明利用三路自由光谱范围互质的移频光环路构建光学分数阶傅里叶变换器，基于信号的移频复制和延迟干涉原理，获得连续可调谐的等效大群速度色散，进而在模拟域内实现信号的高精度分数阶傅里叶变换，并且阶数可自由调谐，结合重构算法，可以实现宽带微波信号的频率测量和啁啾率测量。

Description

一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器及其实现 方法

技术领域

本发明光电技术领域，具体涉及一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器及其实现方法。

背景技术

分数阶傅里叶变换是傅里叶变换的一般形式，相比于傅里叶变换，分数阶傅里叶变换在时域和频域之间的中间域实现信号分析，具有更大的阶数自由度和灵活性，由于其基函数具有线性啁啾特性，特别适合实现线性啁啾信号等非平稳信号的分析和处理。因此，分数阶傅里叶变换器已经被广泛应用于雷达信号处理、图像加密、图像数字水印、全息计算等领域。

目前，在数字域内实现分数阶傅里叶变换器存在如下两个关键瓶颈问题：第一，由于载流子迁移速率存在物理极限，电子模数转换器存在速率和带宽瓶颈，分数阶傅里叶变换器的速率和带宽被限制在较低的水平；第二，在处理复杂信号时，会占用庞大的存储空间和计算开销，难以满足实时信号处理需求。光学分数阶傅里叶变换器利用光波宽带、高速的特性，在模拟域内直接实现信号的分数阶傅里叶变换被认为是解决上述问题的潜在技术途径。

基于空间透镜光学系统的分数阶傅里叶变换器体积庞大，不利于系统集成(P.Pellat-Finet,“Fresnel diffraction and the fractional-order Fouriertransform,”Opt.Lett.,1994,19(18):1388-1390)。基于光纤群速度色散效应的光学分数阶傅里叶变换器结构较紧凑(S.

M.Brunel,D.Lebrun,and C.

“Characterization of chirped pulses with the fractional-order Fouriertransformation,”J.Opt.Soc.Am.A,2001,18(11):2754-2759)，但阶数可调谐性差和分辨率低(最佳分辨率仅为GHz量级)。若通过增加光纤长度的方法提高分辨率，会导致信号处理实时性的劣化；若利用时间透镜的方法提高分辨率，则会严重限制待处理信号的持续时间(限制在几百ps以下)。利用啁啾光纤光栅代替光纤可以获得更大的色散量以提高分辨率，同时减小系统延迟，保证实时性需求，但可调谐性差的问题并没有得到解决(Cuadrado-Laborde,A.Carrascosa,A.Díez,J.L.Cruz,and M.V.Andres,“Photonics fractionalFourier transformer with a single dispersive device,”Opt.Express,2013,21(7):8558-63)。综上所述，现有的光学分数阶傅里叶变换器方案无法同时实现高精度、宽带和阶数可调谐的实时分数阶傅里叶变换，这也是本发明要解决的关键问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器及其实现方法，该方法基于移频光环路结构，通过信号的移频复制和延迟干涉原理，获得连续可调谐的等效大群速度色散，进而在模拟域内实现信号高精度分数阶傅里叶变换，并且阶数可任意调谐；利用三个自由光谱范围互质的光纤环路实现无混叠测量范围的提升，进而同时实现宽带、高精度、阶数可调谐的实时分数阶傅里叶变换功能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器，包括直流光源和电光强度调制器，所述直流电源与所述电光强度调制器连接，所述电光强度调制器的输出端与第一光纤耦合器的输入端连接；

所述第一光纤耦合器的a输出端与第二光纤耦合器的a输入端连接，第二光纤耦合器的c输出端、第一光学移频器、第一光放大器、第一光学带通滤波器、第二光纤耦合器的b输入端依次连接，第二光纤耦合器的d输出端、第一光电探测器、实时示波器的a输入端依次连接；

所述第一光纤耦合器的b输出端与第三光纤耦合器的a输入端连接，第三光纤耦合器的c输出端、第二光学移频器、第二光放大器、第二光学带通滤波器、第三光纤耦合器的b输入端依次连接，第三光纤耦合器的d输出端、第二光电探测器、实时示波器的b输入端依次连接；

所述第一光纤耦合器的c输出端与第四光纤耦合器的a输入端连接，第四光纤耦合器的c输出端、第三光学移频器、第三光放大器、第三光学带通滤波器、第四光纤耦合器的b输入端依次连接，第四光纤耦合器的d输出端、第三光电探测器、实时示波器的c输入端依次连接。

一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器及其实现方法，包括以下步骤：

S1：通过一个电光强度调制器将待处理的微波信号调制在直流光载波的包络上，再利用一个1×3的第一光纤耦合器将调制信号分为光功率均等的三个支路；

S2：三个支路的调制信号分别依次通过移频光环路、光电探测器、实时示波器，并在时域分别获得三个通道实时分数阶傅里叶变换测频结果或者啁啾率测量结果；

S3：对三个通道的测频结果或者啁啾率测量结果进行重构运算，获得最终的输入信号参数分析结果。

进一步的，步骤S2包括以下子步骤：

S201：第一支路调制信号经过一个2×2的光纤耦合器输入自由光谱范围为f_c1、移频量为f_s1的第一移频光环路，在光纤耦合器输出端获得调制信号的分数阶傅里叶变换结果，然后依次通过光电探测器和实时示波器，在时域获得第一通道实时分数阶傅里叶变换测频结果f₁或者啁啾率测量结果a₁；

S202：第二支路调制信号经过一个2×2的光纤耦合器输入自由光谱范围为f_c2、移频量为f_s2的第二移频光环路，在光纤耦合器输出端获得调制信号的分数阶傅里叶变换结果，然后依次通过光电探测器和实时示波器，在时域获得第二通道实时分数阶傅里叶变换测频结果f₂或者啁啾率测量结果a₂；

S203：第三支路调制信号经过一个2×2的光纤耦合器输入自由光谱范围为f_c3、移频量为f_s3的第三移频光环路，在光纤耦合器输出端获得调制信号的分数阶傅里叶变换结果，然后依次通过光电探测器和实时示波器，在时域获得第三通道实时分数阶傅里叶变换测频结果f₃或者啁啾率测量结果a₃。

进一步的，所述第一移频光环路、第二移频光环路和第三移频光环路均包括一个光纤耦合器、一个光学移频器、一个光放大器和一个光学带通滤波器，且所述光纤耦合器的c端口、光学移频器、光放大器、光学带通滤波器、光纤耦合器的b端口依次连接。

进一步的，所述第一移频光环路、第二移频光环路和第三移频光环路的自由光谱范围f_c1、f_c2、f_c3两两互质。

进一步的，在步骤S3中，重构运算的方法为：

在测频的应用中，各个移频光环路的移频量设置为相应移频光环路自由光谱范围的整数倍，即移频量f_si＝k_if_ci，其中k_i为正整数，i＝1,2,3，则三个通道测频结果f₁、f₂、f₃可以从实时示波器显示的待测信号与载波时域映射之间的间距Δt₁、Δt₂、Δt₃求得，其计算关系式为f_i＝f_cif_siΔt_i，其中i为移频光环路序号，取值为1，2，3；三个通道测频结果f₁、f₂、f₃与待测信号频率f_sig关系分两种情况：f_sig/f_ci的余数小于f_ci/2时，信号频率恢复关系式为f_sig＝n_if_ci+f_i，否则信号频率恢复关系式为f_sig＝(n_i+1)f_ci-f_i，其中i为移频光环路序号，取值为1，2，3，n_i为任意自然数；通过联立三个通道对应的三组信号频率恢复关系式，求得令三组信号频率恢复关系式同时成立的n₁、n₂、n₃，获得重构后的信号频率f_sig；

所述测啁啾率的应用中，调节各个移频光环路的移频量f_s1、f_s2、f_s3令各通道实时示波器上输出脉冲峰值最高且脉宽最窄，则待测信号啁啾率a_sig与各路移频量f_si的啁啾率恢复关系式为a_sig＝m_if_ci ²-f_sif_ci，其中i为移频光环路序号，取值为1，2，3，m_i为任意自然数；联立三个通道对应的啁啾率恢复关系式，求令三个通道信号啁啾率恢复关系式同时成立的m₁、m₂、m₃，获得恢复后的信号啁啾率a_sig。

本发明的有益技术效果是：采用三路并行的移频光环路结构，实现具有高精度、宽带且阶数可调谐功能的实时分数阶傅里叶变换器。

附图说明

图1为本发明的一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器结构示意图。

图2为本发明的实施例1的结构示意图；

其中，直流光源1、电光强度调制器2、1×3光纤耦合器3、第一2×2光纤耦合器4、第一移频器5、第一光放大器6、第一光学带通滤波器7、第一光电探测器8、第二2×2光纤耦合器9、第二移频器10、第二光放大器11、第二光学带通滤波器12、第二光电探测器13、第三2×2光纤耦合器14、第三移频器15、第三光放大器16、第三光学带通滤波器17、第三光电探测器18、实时示波器19。

图3为本发明的实施例2中输入为31GHz单音信号时示波器通道1输出的信号时域图。

图4为本发明的实施例2中输入为31GHz单音信号时示波器通道2输出的信号时域图。

图5为本发明的实施例2中输入为31GHz单音信号时示波器通道3输出的信号时域图。

图6为本发明的实施例2中重构后的信号频率与不同单音输入信号频率的关系图。

图7为本发明的实施例2中重构后的信号啁啾率与不同输入信号啁啾率的关系图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1～7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图2所示，一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器，包括直流光源1、电光强度调制器2、1×3光纤耦合器3、第一2×2光纤耦合器4、第一移频光环路、第一光电探测器8、第二2×2光纤耦合器9、第二移频光环路、第二光电探测器13、第三2×2光纤耦合器14、第三移频光环路、第三光电探测器18、实时示波器19。所述的直流光源1产生直流光载波，通过电光强度调制器2将待处理的微波信号调制在光载波的包络上；所述的电光强度调制器2偏置于线性偏置点，其输出连接1×3光纤耦合器3的输入；所述1×3光纤耦合器3的a端口连接第一2×2光纤耦合器4的a端口，用于将第一通道调制信号输入第一移频光环路，第一2×2光纤耦合器4的d端口依次连接第一光电探测器8和实时示波器19的第一通道输入；所述的第一移频光环路由第一移频器5、第一光放大器6、第一光学带通滤波器7连接第一2×2光纤耦合器4的b端口和c端口构成；所述1×3光纤耦合器3的b端口连接第二2×2光纤耦合器9的a端口，用于将第二通道调制信号输入第二移频光环路，第二2×2光纤耦合器9的d端口依次连接第二光电探测器13和实时示波器19的第二通道输入；所述的第二移频光环路由第二移频器10、第二光放大器11、第二光学带通滤波器12连接第二2×2光纤耦合器9的b端口和c端口构成；所述1×3光纤耦合器3的c端口连接第三2×2光纤耦合器14的a端口，用于将第三通道调制信号输入第三移频光环路，第三2×2光纤耦合器14的d端口依次连接第三光电探测器18和实时示波器19的第三通道输入；所述的第三移频光环路由第三移频器15、第三光放大器16、第三光学带通滤波器17连接第三2×2光纤耦合器14的b端口和c端口构成。

实施例2：

如图2所示，直流光源1输出直流光载波，由线性偏置的电光强度调制器2将微波信号调制在直流光载波的包络上。调制信号经过1×3光纤耦合器分为功率均等的三个通道，三个通道的调制信号分别从三个2×2光纤耦合器4、9、14的a输入端口输入，然后同时从c端口和d端口输出。三个2×2光纤耦合器4、9、14的c端口输出信号分别作为第一、第二、第三移频光环路的输入信号，依次通过三个光纤移频器5、10、15分别实现移频量为f_s1、f_s2、f_s3的移频复制，然后通过三个光放大器6、11、16分别对三环路内损耗进行功率补偿，通过三个光学带通滤波器7、12、17分别完成带通滤波，此时三个光纤环路分别引入了延迟量τ_c1、τ_c2、τ_c3(三个光纤环路对应的自由光谱范围分别为f_c1＝1/τ_c1、f_c2＝1/τ_c2、f_c3＝1/τ_c3)。接着，进入光纤耦合器b端口，由c端口和d端口同时输出，c端口输出的信号再次进入环路实现下一次的移频复制和延迟，d端口输出则为环路多次移频和延迟后输出信号的相干叠加，由此获得等效群速度色散，从而实现输入信号的分数阶傅里叶变换输出。最重要的是，三个环路的自由光谱范围f_c1、f_c2、f_c3设置为两两互质。

当对输入线性调频信号的啁啾率进行测量时，令三通道的移频量f_s1、f_s2、f_s3分别在k₁f_c1、k₂f_c2、k₃f_c3附近扫频(k₁、k₂、k₃为正整数)，当调节至三个通道输出脉冲峰值最大、脉宽最窄时，输入信号的啁啾率a_sig可以通过此时三个环路的自由光谱范围f_c1、f_c2、f_c3，以及移频量f_s1、f_s2、f_s3求得：

a_sig＝n₁f_c1 ²-f_s1f_c1 (1)

a_sig＝n₂f_c2 ²-f_s2f_c2 (2)

a_sig＝n₃f_c3 ²-f_s3f_c3 (3)

其中，n₁、n₂、n₃为整数。联立式(1)-(3)可得唯一的一组n₁、n₂、n₃，代入(1)-(3)任意式都可以得到信号啁啾率分析结果a_sig。采用单路移频光环路测量啁啾率时，由于环路输出信号为周期性重复的脉冲序列，两个啁啾率之差为该环路自由光谱范围平方(f_ci ²，i＝1,2,3)整数倍的输入信号具有完全相同的输出波形，因此，单通道分数阶傅里叶变换器无混叠啁啾率测量范围仅为f_ci ²。而采用本发明所述的三个自由光谱范围互质的移频光环路对同一输入啁啾信号进行分析，则无混叠测量范围扩展至3组f_ci ²两两最小公倍数的最小值，可实现宽带的啁啾率测量。

当对微波信号频谱成分进行测量时，设置移频量f_si＝k_if_ci(k_i为正整数，i＝1,2,3)，此时分数阶傅里叶变换阶数为π/2，退化为傅里叶变换。移频光环路通过时-频映射将信号的不同频率成分映射到时间轴上进行分离，实时示波器三个通道测得的调制信号与光载波映射脉冲延迟量分别为Δt₁、Δt₂、Δt₃，通过

f_i＝Δt_if_sif_ci (4)

可以求得各通道信号延迟量对应的中间量频率f₁、f₂、f₃，则输入信号频率f_sig与各通道的中间量频率f₁、f₂、f₃与环路的自由光谱范围f_c1、f_c2、f_c3的关系为

其中，n₁、n₂、n₃为正整数。信号重构算法将式(4)求得的各通道频率f₁、f₂、f₃代入式(5)-(7)，然后联立式(5)-(7)，获得唯一的一组n₁、n₂、n₃，最后代入(5)-(7)任一式求得信号频率分析结果f_sig。采用单路移频环路测量频率时，由于环路输出信号为周期性重复的脉冲序列，单通道分数阶傅里叶变换器无混叠频率测量范围仅为f_ci/2。而采用本发明所述的三个自由光谱范围互质的移频光环路对同一输入信号进行分析，则无混叠测量范围扩展至3组f_ci/2两两最小公倍数的最小值，可实现宽带的频率测量。

利用图2所示的移频光环路结构，能够实现等效大色散，进而实现信号的高精度分数阶傅里叶变换。利用环路移频量相对自由光谱范围可自由调节的特性，可以实现分数阶数的自由调节，因此，该结构即可以实现微波信号的实时频谱成分分析，也可以用于线性调频信号的啁啾率测量。由于图2所示的三个并行移频光环路自由光谱范围两两互质，因此将这样三路并行输出的分数阶傅里叶变换结果进行联立分析，可以实现宽带的分数阶傅里叶变换测量。

在实施例2的基础上，结合图3至图7，以仿真结果为例进一步说明本发明。

本实施例中的直流光源采用中心波长为1550nm的DFB激光器，偏置于线性偏置点的电光强度调制器将待分析的微波信号加载在直流光载波上。2×2光纤耦合器4的分光比为50:50。三个移频光环路的总长度分别设置为2.54m、2.5m和2.46m，设置输入信号持续时间大于10μs，同时各移频光环路中的光学带通滤波器带宽均设置为33GHz(0.26nm)，调节掺铒光纤放大器增益对环路内功率损耗以及耦合器插入损耗进行补偿。

在微波信号频率分析的仿真中，调节三个环路内声光移频器的移频量分别为78.7MHz、80.1MHz和81.3MHz，满足关系式f_s1＝f_c1，f_s2＝f_c2，f_s3＝f_c3。基于这三路并行移频光环路的光学傅里叶变换器，其理论的无混叠测量范围可达31.5GHz。当电光强度调制器输入信号频率为31GHz时，经过400圈左右的的环路移频复制和延迟处理后，得到了稳定的光脉冲输出，图3、图4和图5分别为三个通道对应示波器的稳定输出光脉冲时域图。从图中可以看出，三个通道中载波和调制信号之间的时间延迟量分别为1.26ns、0.2ns和3.73ns，由式(4)得f₁、f₂、f₃分别为7.8MHz、1.3MHz和24.7MHz，再利用所述的频率重构算法，计算得n₁、n₂、n₃分别为394、387和381，由此可得输入信号频率为31GHz。输入信号频率由1GHz至31GHz依次增加，结合时域测量结果及所述频率重构算法分别得到对应的测量结果，图6为输入信号频率与输出测量结果关系图。从图中可以看出，测量结果与输入频率一一对应，由此可知无混叠测量范围达到了31GHz，同时保证了200kHz的高测量精度。若将环路自由光谱范围的互质程度提高，可以实现上百GHz的无混叠测量范围。

在信号啁啾率分析的仿真中，令三个环路内声光移频器的移频量分别在78.7MHz、80.1MHz和81.3MHz附近扫频，具体扫频范围分别为[39.35，118.05]MHz，[40.05,120.15]MHz，[40.65,121.95]MHz。当调节至三个通道输出脉冲峰值最大、脉宽最窄时，输入信号的啁啾率a_sig可以通过此时环路的自由光谱范围f_c1、f_c2、f_c3和移频量f_s1、f_s2、f_s3求得。图7为输入信号啁啾率与啁啾率恢复结果关系图。从图中可以看出，测量结果与输入啁啾率一一对应。考虑到遍历时间较长，图中仅对[-5×10⁶,5×10⁶]μs^-2范围内的输入信号进行了分析，实际上，该分数阶傅里叶变换器的理论无混叠啁啾率测量范围可达3.97×10⁹μs^-2。例如，当输入信号的啁啾率为5.5×10⁶μs^-2，调节三个环路的移频率分别为78.7MHz、61.6MHz、72.2MHz时，三通道均输出峰值最大、脉宽最窄的光脉冲，再利用所述的啁啾率重构算法，计算得到n₁、n₂、n₃分别为889、858和833，由此可恢复信号啁啾率为5.5×10⁶μs^-2。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过一个电光强度调制器将待处理的微波信号调制在直流光载波的包络上，再利用一个1×3的第一光纤耦合器将调制信号分为光功率均等的三个支路；

S2：三个支路的调制信号分别依次通过移频光环路、光电探测器、实时示波器，并在时域分别获得三个通道实时分数阶傅里叶变换测频结果或者啁啾率测量结果；

S3：对三个通道的测频结果或者啁啾率测量结果进行重构运算，获得最终的输入信号参数分析结果；

在步骤S3中，重构运算的方法为：

在测频的应用中，各个移频光环路的移频量设置为相应移频光环路自由光谱范围的整数倍，即移频量f_si＝k_if_ci，其中k_i为正整数，i＝1,2,3，则三个通道测频结果f₁、f₂、f₃可以从实时示波器显示的待测信号与载波时域映射之间的间距Δt₁、Δt₂、Δt₃求得，其计算关系式为f_i＝f_cif_siΔt_i，其中i为移频光环路序号，取值为1，2，3；三个通道测频结果f₁、f₂、f₃与待测信号频率f_sig关系分两种情况：f_sig/f_ci的余数小于f_ci/2时，信号频率恢复关系式为f_sig＝n_if_ci+f_i，否则信号频率恢复关系式为f_sig＝(n_i+1)f_ci-f_i，其中i为移频光环路序号，取值为1，2，3，n_i为任意自然数；通过联立三个通道对应的三组信号频率恢复关系式，求得令三组信号频率恢复关系式同时成立的n₁、n₂、n₃，获得重构后的信号频率f_sig；

在测啁啾率的应用中，调节各个移频光环路的移频量f_s1、f_s2、f_s3令各通道实时示波器上输出脉冲峰值最高且脉宽最窄，则待测信号啁啾率a_sig与各路移频量f_si的啁啾率恢复关系式为a_sig＝m_if_ci ²-f_sif_ci，其中i为移频光环路序号，取值为1，2，3，m_i为任意自然数；联立三个通道对应的啁啾率恢复关系式，求令三个通道信号啁啾率恢复关系式同时成立的m₁、m₂、m₃，获得恢复后的信号啁啾率a_sig。

2.根据权利要求1所述的一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器的实现方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S201：第一支路调制信号经过一个2×2的光纤耦合器输入自由光谱范围为f_c1、移频量为f_s1的第一移频光环路，在光纤耦合器输出端获得调制信号的分数阶傅里叶变换结果，然后依次通过光电探测器和实时示波器，在时域获得第一通道实时分数阶傅里叶变换测频结果f₁或者啁啾率测量结果a₁；

S202：第二支路调制信号经过一个2×2的光纤耦合器输入自由光谱范围为f_c2、移频量为f_s2的第二移频光环路，在光纤耦合器输出端获得调制信号的分数阶傅里叶变换结果，然后依次通过光电探测器和实时示波器，在时域获得第二通道实时分数阶傅里叶变换测频结果f₂或者啁啾率测量结果a₂；

S203：第三支路调制信号经过一个2×2的光纤耦合器输入自由光谱范围为f_c3、移频量为f_s3的第三移频光环路，在光纤耦合器输出端获得调制信号的分数阶傅里叶变换结果，然后依次通过光电探测器和实时示波器，在时域获得第三通道实时分数阶傅里叶变换测频结果f₃或者啁啾率测量结果a₃。

3.根据权利要求2所述的一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器的实现方法，其特征在于，所述第一移频光环路、第二移频光环路和第三移频光环路均包括一个光纤耦合器、一个光学移频器、一个光放大器和一个光学带通滤波器，且所述光纤耦合器的c端口、光学移频器、光放大器、光学带通滤波器、光纤耦合器的b端口依次连接。

4.根据权利要求2所述的一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器的实现方法，其特征在于，所述第一移频光环路、第二移频光环路和第三移频光环路的自由光谱范围f_c1、f_c2、f_c3两两互质。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器的实现方法，其特征在于，所述宽带可调谐高精度光学分数阶傅里叶变换器包括直流光源和电光强度调制器，所述直流光源与所述电光强度调制器连接，所述电光强度调制器的输出端与第一光纤耦合器的输入端连接；

所述第一光纤耦合器的a输出端与第二光纤耦合器的a输入端连接，第二光纤耦合器的c输出端、第一光学移频器、第一光放大器、第一光学带通滤波器、第二光纤耦合器的b输入端依次连接，第二光纤耦合器的d输出端、第一光电探测器、实时示波器的a输入端依次连接；

所述第一光纤耦合器的b输出端与第三光纤耦合器的a输入端连接，第三光纤耦合器的c输出端、第二光学移频器、第二光放大器、第二光学带通滤波器、第三光纤耦合器的b输入端依次连接，第三光纤耦合器的d输出端、第二光电探测器、实时示波器的b输入端依次连接；

所述第一光纤耦合器的c输出端与第四光纤耦合器的a输入端连接，第四光纤耦合器的c输出端、第三光学移频器、第三光放大器、第三光学带通滤波器、第四光纤耦合器的b输入端依次连接，第四光纤耦合器的d输出端、第三光电探测器、实时示波器的c输入端依次连接。

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