CN113900316A - 一种基于时间透镜的高性能电采样系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电采样技术领域，公开了一种基于时间透镜的高性能电采样系统及方法，其方法包括步骤：S1、将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；S2、泵浦光、调制信号发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；S3、从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；S4、对展宽后高频模拟电信号进行采样。本发明的优点在于，通过时间透镜成像放大系统对光信号进行展宽，使得调制在上的待处理高频模拟电信号也同时展宽，便于后续的采样。即运用时间透镜技术，实现了低采样率来完成对高频模拟电信号的采样，提高了电采样系统的性能并且解决了传统展宽方案中会产生传输损耗、时域混叠问题，并且能控制展宽系数，更利于操作。

Description

一种基于时间透镜的高性能电采样系统及方法
技术领域
本发明属于电采样技术领域，具体涉及一种基于时间透镜的高性能电采样系统及方法。
背景技术
高频模拟电信号的采样可以用于制作采样示波器，模数转换，通信系统的加密解密中。然而对高频模拟电信号进行采样时往往需要极高的采样频率，这对采样器的性能要求极高，因此对于频率过高的电信号难以进行采样。
现有技术中，为了缓解上述问题，在对高频模拟电信号进行采样之前，一般采用对高频模拟电信号进行预处理，再进行采样。比如通过使用啁啾光纤布拉格光栅对高频电信号进行预处理，或者使用两个AWG结构实现光采样来对高频电信号进行预处理，以降低对高频模拟电信号的采样难度。然而进行预处理时，信号的传输过程中会发生损耗以及时域混叠的情况。
因此，亟需一种新的电采样系统，能够更好的对高频模拟电信号进行采样，并且能够避免信号传输过程中的损耗以及时域混叠现象。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于时间透镜的高性能电采样系统及方法，实现了低采样率来完成对高频模拟电信号的采样。
本发明采用以下技术方案：
一种基于时间透镜的高性能电采样系统，包括光脉冲发生模块、M-Z电光调制模块、高频模拟电信号发生模块、时间透镜模块、光电检测模块、低频电采样模块，时间透镜模块包括泵浦光发生单元；
M-Z电光调制模块、时间透镜模块、光电检测模块、低频电采样模块依次联接，光脉冲发生模块、高频模拟电信号发生模块分别与M-Z电光调制模块联接；
光脉冲发生模块，用于发送光脉冲；
高频模拟电信号发生模块，用于发送高频模拟电信号；
M-Z电光调制模块，用于将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；
泵浦光发生单元，用于发送泵浦光；
泵浦光、调制信号在时间透镜模块中发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；
光电检测模块，用于从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；
低频电采样模块，用于对展宽后高频模拟电信号进行采样。
作为优选方案，时间透镜模块还包括依次联接的输入段光纤、时间透镜、输出段光纤，时间透镜模块还包括与时间透镜联接的泵浦光传输光纤；
M-Z电光调制模块通过输入段光纤与时间透镜联接，泵浦光发生单元通过泵浦光传输光纤与时间透镜联接，输出段光纤用于输出展宽后调制信号。
作为优选方案，输入段光纤的输入段二阶色散量为φ″1，输出段光纤的输出段二阶色散量为φ″2，且φ″2＝3φ″1。
作为优选方案，时间透镜成像模块的成像系数M＝φ″2/φ″1＝3。
作为优选方案，时间透镜的焦距色散为φ″f，且
Figure BDA0003299951150000031
作为优选方案，泵浦光脉宽等于光脉冲信号的时长。
作为优选方案，输入段二阶色散量φ″1＝β2sLs，其中，β2s表示输入段光纤的二阶色散系数，Ls表示输入段光纤的长度。
作为优选方案，输出段二阶色散量φ″2＝β2iLi，其中，β2i表示输出段光纤的二阶色散系数，Li表示输出段光纤的长度。
作为优选方案，时间透镜的焦距色散φ″f＝-φ″p/2＝-β2pLp/2，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数，Lp是泵浦光传输光纤的长度。
相应地，还提供一种基于时间透镜的高性能电采样方法，包括步骤：
S1、将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；
S2、泵浦光、调制信号发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；
S3、从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；
S4、对展宽后高频模拟电信号进行采样。
本发明的有益效果是：通过时间透镜成像放大系统对光信号进行展宽，使得调制在上的待处理高频模拟电信号也同时展宽，便于后续的采样。与现有技术相比，本发明提出的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，和传统的采样系统相比，该方案运用时间透镜技术，实现了低采样率来完成对高频模拟电信号的采样，提高了电采样系统的性能并且解决了传统展宽方案中会产生传输损耗、时域混叠问题，并且能控制展宽系数，更利于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是通过时间透镜对正弦信号光产生二次时间相移的原理图；
图2是本发明所述一种基于时间透镜的高性能电采样系统的结构示意图；
图3是输入信号脉冲的示意图；
图4是输入信号脉冲经过时间透镜系统发生展宽的示意图；
图5是本发明所述一种基于时间透镜的高性能电采样方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参照图1，时间透镜是一种能够对光信号产生二次时间相移的光器件，基于四波混频的时间透镜通过对正弦信号光Es(t)和泵浦光Ep(t)发生四波混频(FWM)效应，产生的闲置波电场幅度
Figure BDA0003299951150000041
闲置光Eidler相对于输入的正弦信号光Es(t)而言引入了二次相移，基于此本发明进一步将时间透镜应用至电采样。
参照图2，本实施例提供了一种基于时间透镜的高性能电采样系统，包括光脉冲发生模块、M-Z电光调制模块、高频模拟电信号发生模块、时间透镜模块、光电检测模块、低频电采样模块，时间透镜模块包括泵浦光发生单元；
M-Z电光调制模块、时间透镜模块、光电检测模块、低频电采样模块依次联接，光脉冲发生模块、高频模拟电信号发生模块分别与M-Z电光调制模块联接；
光脉冲发生模块，用于发送光脉冲；
高频模拟电信号发生模块，用于发送高频模拟电信号；
M-Z电光调制模块，用于将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；
泵浦光发生单元，用于发送泵浦光；
泵浦光、调制信号在时间透镜模块中发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；
光电检测模块，用于从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；
低频电采样模块，用于对展宽后高频模拟电信号进行采样。
本发明，通过时间透镜成像放大系统对光信号进行展宽，使得调制在上的待处理高频模拟电信号也同时展宽，便于后续的采样。
具体地：
时间透镜模块还包括依次联接的输入段光纤、时间透镜、输出段光纤，时间透镜模块还包括与时间透镜联接的泵浦光传输光纤；
M-Z电光调制模块通过输入段光纤与时间透镜联接，泵浦光发生单元通过泵浦光传输光纤与时间透镜联接，输出段光纤用于输出展宽后调制信号。
所述时间透镜内设置有高非线性介质，以使光信号与泵浦光在高非线性介质中发生四波混频(FWM)效应。本实施例中，所述高非线性介质采用高非线性光纤。
输入段光纤的输入段二阶色散量为φ″1，输出段光纤的输出段二阶色散量为φ″2，且φ″2＝3φ″1。因此时间透镜成像模块的成像系数M＝φ″2/φ″1＝3。且泵浦光脉宽等于光脉冲信号的时长。
时间透镜的焦距色散为φ″f，且
Figure BDA0003299951150000061
输入段二阶色散量φ″1＝β2sLs，其中，β2s表示输入段光纤的二阶色散系数，Ls表示输入段光纤的长度。
输出段二阶色散量φ″2＝β2iLi，其中，β2i表示输出段光纤的二阶色散系数，Li表示输出段光纤的长度。
时间透镜的焦距色散φ″f＝-φ″p/2＝-β2pLp/2，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数，Lp是泵浦光传输光纤的长度。
本实施例中，为满足时间透镜的成像条件，时间透镜调节子系统在放大倍数M＝3的参数均选择为：β2s＝10ps2/km，Ls＝1km，β2i＝30ps2/km，Li＝1km，β2p＝10ps2/km，Lp＝1km。输入调制信号经过时间透镜后发生3倍展宽，
参照图3、4所示，输入信号经过时间透镜成像系统，得到了很好的展宽，波形保持不变，使得调制在光脉冲上的待处理高频模拟电信号也得到相应的展宽，降低了其频率和带宽，非常利于后续的采样。与现有技术相比，本发明提出的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，和传统的采样系统相比，该方案运用时间透镜技术，实现了低采样率来完成对高频模拟电信号的采样，提高了电采样系统的性能并且解决了传统展宽方案中会产生传输损耗、时域混叠问题，并且能控制展宽系数，更利于操作。
实施例二：
参照图5，本实施例,提供一种基于时间透镜的高性能电采样方法，包括步骤：
S1、将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；
S2、泵浦光、调制信号发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；
S3、从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；
S4、对展宽后高频模拟电信号进行采样。
需要说明的是，本实施例提供的一种基于时间透镜的高性能电采样方法，与实施例一类似，在此不多做赘述。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，包括光脉冲发生模块、M-Z电光调制模块、高频模拟电信号发生模块、时间透镜模块、光电检测模块、低频电采样模块，时间透镜模块包括泵浦光发生单元；
M-Z电光调制模块、时间透镜模块、光电检测模块、低频电采样模块依次联接，光脉冲发生模块、高频模拟电信号发生模块分别与M-Z电光调制模块联接；
光脉冲发生模块，用于发送光脉冲；
高频模拟电信号发生模块，用于发送高频模拟电信号；
M-Z电光调制模块，用于将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；
泵浦光发生单元，用于发送泵浦光；
泵浦光、调制信号在时间透镜模块中发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；
光电检测模块，用于从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；
低频电采样模块，用于对展宽后高频模拟电信号进行采样。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，时间透镜模块还包括依次联接的输入段光纤、时间透镜、输出段光纤，时间透镜模块还包括与时间透镜联接的泵浦光传输光纤；
M-Z电光调制模块通过输入段光纤与时间透镜联接，泵浦光发生单元通过泵浦光传输光纤与时间透镜联接，输出段光纤用于输出展宽后调制信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，输入段光纤的输入段二阶色散量为φ1″，输出段光纤的输出段二阶色散量为φ″2，且φ″2＝3φ1″。
4.根据权利要求3所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，时间透镜成像模块的成像系数M＝φ″2/φ1″＝3。
5.根据权利要求4所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，时间透镜的焦距色散为φ″f，且
Figure FDA0003299951140000021
6.根据权利要求5所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，泵浦光脉宽等于光脉冲信号的时长。
7.根据权利要求6所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，
输入段二阶色散量φ1″＝β2sLs，其中，β2s表示输入段光纤的二阶色散系数，Ls表示输入段光纤的长度。
8.根据权利要求7所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，
输出段二阶色散量φ″2＝β2iLi，其中，β2i表示输出段光纤的二阶色散系数，Li表示输出段光纤的长度。
9.根据权利要求8所述的一种基于时间透镜的高性能电采样系统，其特征在于，
时间透镜的焦距色散φ″f＝-φ″p/2＝-β2pLp/2，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数，Lp是泵浦光传输光纤的长度。
10.一种基于时间透镜的高性能电采样方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将高频模拟电信号调制到光脉冲上，以形成调制信号；
S2、泵浦光、调制信号发生四波混频效应，以得到展宽后调制信号；
S3、从展宽后调制信号中恢复出展宽后高频模拟电信号；
S4、对展宽后高频模拟电信号进行采样。
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