对微波信号进行非线性时域拉伸的非相干光信号处理系统的制作方法

本发明属于微波光子学和非相干光信号处理领域，具体涉及一种对微波信号进行非线性时域拉伸的非相干光信号处理系统。

技术背景

随着通信容量和通信速率的爆炸式增长，对高速微波信号的获取和处理是一个日益重要的问题。由于探测设备带宽的限制，很多时候我们需要对高速微波信号进行时域拉伸以减小信号带宽。这种方法虽然可以有效解决探测带宽的问题，但是信号的各个频率成分都被线性拉伸，较平滑的部分会被过采样，浪费了很多存储和计算资源。

时间频率卷积系统是一种基于宽谱光源的非相干光信号处理系统，它由一个宽谱光源，一个光滤波器，一个强度调制器，一段色散光纤和一个光电探测器组成。当光纤的色散量能够满足宽谱光源的远场条件，又不会对输入微波信号产生拉伸作用时，光电探测器的输出信号正好是输入光谱和输入微波信号的卷积。

当时间频率卷积系统的光谱是一个线性啁啾函数，输出信号的包络为输入微波信号的傅里叶变换，并且信号时域长度被大大扩展，由高速信号变为低速信号，降低了对探测器带宽的要求。这种方法虽然可以有效解决探测带宽的问题，但是信号的各个频率成分都被线性拉伸，较平滑的部分会被过采样，浪费了很多存储和计算资源。因此，我们需要一种更高效的时域拉伸技术。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对微波信号进行非线性时域拉伸的非相干光信号处理系统，其可减少冗余信息，节约存储资源。

为实现上述目的，本发明提供.一种对微波信号进行非线性时域拉伸的非相干光信号处理系统，包括：

一宽谱光源；

一可编程光滤波器，其输入端与宽谱光源的输出端连接；

一半导体光放大器，其输入端与可编程光滤波器的输出端连接；

一强度调制器，其输入端口1与的半导体光放大器输出端连接，该强度调制器的另一输入端口2接微波信号源；

一段色散补偿光纤，其输入端与强度调制器的输出端连接；

一掺铒光放大器，其输入端与段色散补偿光纤的输出端连接；

一光电探测器，其输入端与掺铒光放大器的输出端连接。

本发明的有益效果是，其可有效解决高速微波信号接收过程中的过采样问题，节约存储空间。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，现在结合具体实例，并参照附图，对本发明做进一步说明，其中：

图1是本发明的系统结构图；

图2是待测微波信号波形和频谱图；

图3是经过可编程光滤波器之后的宽谱光源光谱图；

图4是不同谱型下的等效群延时；

图5是时域拉伸之后的信号波形图；

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种对微波信号进行非线性时域拉伸的非相干光信号处理系统，包括：

一宽谱光源1；

一可编程光滤波器2，其输入端与宽谱光源1的输出端连接；

一半导体光放大器3，其输入端与可编程光滤波器2的输出端连接；

一强度调制器4，其输入端口1与的半导体光放大器3输出端连接，该强度调制器4的另一输入端口2接微波信号源4’；

一段色散补偿光纤5，其输入端与强度调制器4的输出端连接；

一掺铒光放大器6，其输入端与段色散补偿光纤5的输出端连接；

一光电探测器7，其输入端与掺铒光放大器6的输出端连接。

对于宽谱光源1来说，光纤色散量应满足远场条件；对于调制信号带宽来说，光纤色散量不会引起信号拉伸。

请参阅图2所示，微波信号源4’产生的微波信号频谱两侧相对中间平滑，具有可压缩性。

根据本发明的一种具体实施方式，微波信号源4’产生的微波信号是一个功率不等的双高斯脉冲，带宽约为4ghz。

请参阅图3所示，可编程光滤波器2的谱型是非线性啁啾函数，且谱型两侧啁啾率大，中间啁啾率小。

根据本发明的一种具体实施方式，是线性啁啾光谱(a)的谱型函数为s(ω)＝1+cos(b0ω²/2)，其中b0代表了啁啾变化率。非线性啁啾光谱(b)(c)的谱型函数为：c1和c2代表了非线性啁啾的变化率，并且满足d0是色散补偿光纤的色散系数。

图4是不同光谱下的等效群延时，1是线性啁啾光谱下的等效群延时，2和3是非线性光谱下的等效群延时。可以发现，线性啁啾光谱的群延时是一次函数，不同的频率成分被均匀拉伸。非线性啁啾光谱的群延时中间部分和线性啁啾一样是一次函数形式，两翼延时量相对减少。并且，非线性系数越大，两翼延时量越小。

图5是不同光谱下的输出波形。(a)是线性啁啾光谱下的时域拉伸波形。可以看到，其包络形状和输入信号频谱的样子，中间起伏较大，两边变化平缓。(b)和(c)是非线性啁啾光谱下的时域拉伸波形。相比于线性时域拉伸的波形，信号两翼明显被压缩了，而且压缩比与非线性啁啾系数正相关。如此一来，输出信号的时间长度减小，节约了存储空间。

根据本发明的一种具体实施方式，光谱的线性啁啾系数b0＝2.4×10^-6ns²/rad。

根据本发明的一种具体实施方式，色散补偿光纤的色散系数d0＝-1486ps/nm；

根据本发明的一种具体实施方式，非线性系数c2＝5×10⁷rad/s，10⁸rad/s。

以上所述的具体实施事例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的说明。应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施事例而已，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。

技术特征：

技术总结
一种对微波信号进行非线性时域拉伸的非相干光信号处理系统，包括：一宽谱光源；一可编程光滤波器，其输入端与宽谱光源的输出端连接；一半导体光放大器，其输入端与可编程光滤波器的输出端连接；一强度调制器，其输入端口1与的半导体光放大器输出端连接，该强度调制器的另一输入端口2接微波信号源；一段色散补偿光纤，其输入端与强度调制器的输出端连接；一掺铒光放大器，其输入端与段色散补偿光纤的输出端连接；一光电探测器，其输入端与掺铒光放大器的输出端连接。本发明可减少冗余信息，节约存储资源。

技术研发人员：孙术乾;李明;孙浩;祝宁华
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2017.05.09
技术公布日：2017.10.20