通过线性光学采样的光学信号可视化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通过光学网络的电信领域，且更具体来说，涉及通过线性光学采样进 行通常高达几百千兆字节/秒的极高速光学信号的直接可视化及控制的问题。
【背景技术】
[0002] 通过线性光学采样进行的数字化方法源于对外差检测的特定应用。外差检测通 常使用源于本机振荡器的光学信号，所述光学信号通过光学耦合器混合到待分析的光学信 号。接着在光检测器上检测所述经混合光学信号，所述光检测器的电信号是在待分析光学 信号与源于本机振荡器的信号之间的差频信号。在使用平衡的光检测器时，其沿一端来自 耦合器且另一端来自所述经混合信号的相移达一个正交相位（JI/2)的副本的第一臂递送 来自所述光学信号及源于振荡器的信号的混合物的外差电信号。比较此两个电信号使得可 能推断出待分析的经编码信号的振幅及相位。两个光检测器必需平衡或匹配，使得比较两 个电信号可在没有任何系统误差的情况下产生经分析光学信号的振幅及相位。
[0003] 然而，简单外差检测方案无法轻易自待分析的经编码光学信号提取相位：此提取 需要精确知道光学信号及/或本机振荡器的振幅。实际上，使基本外差检测方案加倍且在 信号的光学路径或本机振荡器的光学路径上引入四分之一波片（相移达JI/2)通常是有帮 助的。此产生被称为相干的基本检测方案，其中使用两对平衡光检测器。将前两个光信号 相减产生用I标示的电信号，且将第二对平衡光检测器的光信号相减产生用Q标示的电信 号。所述电信号I及Q(其中I=iqC〇s(cp)且Q=|C|Sin(9))可用于重建表示待分析的光学信号 的复数C，其中C=|C|(coscp+jsimp)。
[0004]在超短光学脉冲用作本机振荡器时，基本技术可被称为"外差线性光学米样"。外 差检测仅可在光学信号及脉冲（本机振荡器）存在于光检测器处时发生。为此，在线性光 学采样的基本方案中，下列组件是必需的，但在现实情况中并不够：短光学脉冲源（本机振 荡器）、可实现待分析光学信号与来自包括光学波导（例如光纤）的本机振荡器的信号的混 合的光学系统、及使得可能在第一外差检测系统与第二外差检测系统（且最终在两对平衡 光检测器）之间引入Ji/2相移的延迟线。
[0005] 与非线性方法相比，线性方法因为双重检测而允许处理在输入端处具有低功率的 光学信号且保存相位相关信息。然而，使用线性光学采样的数字化方法需要关于在采样中 所涉及的光信号的过多相干时间（约50yS)，其与现实光学信号不兼容且因而此方法可导 致f目息丢失。
[0006] 一种最小化此缺点的方式为使用双重采样。然而，在此情况中，有必要使所使用设 备加倍且因此使成本加倍。通常，采样脉冲经加倍且移位达待分析光学信号的一个位时间。 同时，从信息位采取样本且从下一位采取另一样本，使得所采取样本保持时间相干性：此是 因为即使所涉及信号的相干时间相对较短1yS)，但其仍远长于经分析信号的周期。在 此提醒，l〇Gb/S信号具有loops周期。因此，信号的相干时间问题可以此方式来解决，尽管 是以复制相干检测方案为代价的。在此阶段中，线性采样方案为四个基本外差检测方案的 组合，且因此需要存在八个平衡的光检测器。
[0007] 来自本机振荡器的信号（假设其为已知）必须在其到达光检测器时具有与待分析 光学信号的光学偏振对准的光学偏振，使得可发生外差检测。使得可能解决待分析光学信 号的未知偏振问题的一个解决方案由下列步骤组成：将光学信号投射到任意地或按照惯例 挑选的两个熟知正交偏振状态上，及通过在光纤系统中使用偏振维持光纤维持所述两个已 知状态。在重建来自外差检测的信号之前，必须相同地处理及检测此两个偏振状态，以便在 将初始光学信号投射到两个正交状态上之前重建所述初始光学信号。因此，所述解决方案 需要复制任何相干脉冲检测方案（双重外差检测）。结合针对解决现实光学信号的弱时间 相干性问题所提出的解决方案，全外差检测系统因此需要八倍地复制基本外差检测方案， 从而导致使用十六个平衡光检测器。
【发明内容】
[0008] 通过一种用于通过线性光学采样使光学信号可视化并且比已知系统简单且便宜 的系统消除现有技术的缺点。
[0009] 为达此目的，提议一种使用超快线性光学采样的可视化系统，其使得可能在可达 极高速度的传输速率下且在序列长度不受限的情况下将振幅调变及/或相位调变的光学 信号特征化，其中所述速率仅受所用采样脉冲的持续时间限制。
[0010] 所述系统通过一种用于通过线性光学采样使极高速复合（即，振幅调变及/或相 位调变）光学信号可视化的方法来实施，所述光学采样具有先进编码格式（特定来说，使用 相位编码的格式），所述格式可以较低成本保存与待分析光学信号相关的信息。
[0011] 所提议方法使得可能获得基于实际情况的外差信号，在所述实际情况中待分析光 学信号具有未知光学传播模式及低时间相干性。
[0012] 本发明的标的物为一种用于通过超快线性光学采样使光学信号OS可视化的系 统，其包括与包括垂直偏振分量Vsp及水平偏振分量Hsp的脉冲米样信号SP的处理相关的 至少一个第一子系统，及与包括垂直偏振分量Vtm、Vte及水平偏振分量Htm、Hte的待米样 光学信号OS的处理相关的至少一个第二子系统，第一子系统及第二子系统与用于采样及 检测光学信号的装置协作。
[0013] 脉冲信号SP及光学信号OS各自分别以包括彼此正交的垂直偏振分量Vsp、Vtm、 Vte及水平偏振分量Hsp、Htm、Hte的信号的形式进入用于采样及检测光学信号的装置。脉 冲信号SP及光学信号OS的分别的垂直偏振分量Vsp、Vtm、Vte及水平偏振分量Hsp、Htm、 Hte相对于彼此时间移位。
[0014] 根据第一方面，第一子系统包括：源SPS，其生成脉冲光学信号SP;至少一个复制 器SPD-PX-TS，其将脉冲信号SP划分成两个副本，从而在两个副本之间引入偏振交叉及时 间移位，且将所述两个副本组合成单个传出脉冲信号SP;及至少一个拆分器PM-TSM-S，其 将离开复制器SPD-PX-TS的脉冲信号划分成两个副本，且独立地对于脉冲信号SP的垂直偏 振分量Vsp及水平偏振分量精确调整两个副本之间的时间移位。
[0015] 根据一个实施例，由复制器SPD-PX-TS在两个副本之间引入的时间移位等于脉冲 信号SP的周期Tp的一半与光学信号OS的位时间Td的和（Tp/2+Td)。
[0016] 根据另一实施例，拆分器PM-TSM-S包括至少一个压电材料圆筒，长度基于施加于 所述圆筒的电压而改变的偏振维持光纤卷绕在所述圆筒周围。以此方式，拆分器PM-TSM-S允许实现独立地对于脉冲信号SP的垂直偏振分量Vsp及水平偏振分量Hsp精确调整两个 副本之间的时间移位。
[0017] 根据又一实施例，分别源于拆分器PM-TSM-S的两个输出端的脉冲信号SP的两个 副本被相移达一个正交相位（/2)。
[0018] 根据第二方面，第二子系统包括：分离器PBS，其接收待可视化光学信号OS且 将传入光学信号OS分离成彼此正交的两个线性传播模式E1及E2;及至少一个复制器 DD-PX-TS，其将光学信号OS划分成两个副本，在两个副本之间引入偏振交叉及时间移位， 且将所述两个副本组合成单个光学信号OS。
[0019] 根据一个实施例，由复制器DD-PX-TS在两个副本之间引入的固定时间移位TS等 于脉冲信号SP的周期Tp的一半。
[0020] 根据第三方面，用于采样及检测光学信号OS的装置包括平衡光检测器、固定时间 延迟线FDL及双输入模/数转换器。用于采样及检测光学信号OS的装置亦可包括用于比 较由平衡光检测器发射的电信号的比较器。
[0021] 根据一个实施例，链路呈偏振维持光纤的形式。
[0022] 根据另一实施例，线性光学采样可视化系统进一步包括偏振维持耦合器。
[0023] 如上所见，当前已知的完整线性外差检测系统因此需要八倍地复制基本线性外差 检测方案，其需要存在十六个平衡光检测器。本发明使得可能仅四倍地（即，与已知完整系 统相比减少到1/2)复制基本外差检测方案。此检测系统的优点为在使用具有分隔达至少 一个位时间的两个短脉冲的双重采样的同时，不复制基本线性外差检测方案。此双重采样 是通过复制采样脉冲及使其光学偏振旋转达/2,使得经复制双重脉冲与初始脉冲对正交 来执行。因而，有必要复制待采样光学信号且使其偏振旋转达90°，使得在平衡光检测器内 发生光学信号副本的线性外差检测。为便于区分对应于两对脉冲的电信号，额外地有必要 在时间上分开所述两对脉冲。在所描述实施例中，此时间分隔为采样信号的一半周期。
[0024] 本发明的进一步标的物为一种借助于此线性光学采样系统实施的用于通过线性 光学采样使复合光学信号OS可视化的方法。
[0025] 所述方法包括下列步骤：
[0026] -发射脉冲信号SP，
[0027]-通过在两个副本之间引入偏振交叉及时间移位来将脉冲信号SP划分成两个副 本，
[0028] -将两个副本组合成包括彼此正交且时间移位的垂直偏振分量Vsp及水平偏振分 量Hsp的单个所得信号，
[0029] -将所得脉冲信号SP划分成两个副本，且精确设置所述两个副本之间的时间移 位，
[0030] -将脉冲信号SP的两个副本引入到用于采样及检测光学信号OS的装置中，
[0031] 所述方法额外包