一种基于超连续谱的波长可调谐相干光检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于全光相干采样技术领域，更具体地，涉及一种基于超连续谱的波长可 调谐相干光检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 相干光采样能够完整采集待测光信号的幅度、偏振、相位等信息，最大限度的保留 信号的全场信息，能够有效的对先进调制码型的高速光信号进行检测；相干光采样技术对 未来高速光通信网络的发展具有重要意义；
[0003] 相干光采样技术是利用一个本地超短脉冲光与待测高速信号光进行相干混频，要 求本地采样脉冲的光谱能够覆盖待测光信号的光谱；相干光采样要实现对不同波长甚至是 多波长待测光信号的采集，其采样脉冲光的中心波长必须在C波段连续可调，且光谱范围 能够覆盖待测光信号的光谱。
[0004] 现有技术中，相干光检测系统中使用的地采样光脉冲通常采用以下几种方案：
[0005] (1)用主动锁模脉冲激光器产生的超短脉冲光作为相干光采样中的本地采样脉冲 光；
[0006] (2)被动锁模脉冲激光器产生的超短脉冲光作为相干光米样中的本地米样脉冲 光；
[0007] 方案（1)中主动锁模激光器产生采样光脉冲脉宽较宽，光谱范围窄，中心波长不 易调谐，需要外界输入高频微波信号，并且需要稳定激光腔，否则在相干光采样中会导致采 样不均匀甚至无法进行光采样；方案（2)中被动锁模激光器能够自启动产生超窄采样光脉 冲，而且该脉冲光的中心波长和峰值功率都比较稳定，目前已经应用于全光检测系统；
[0008] 但是，方案（1)和方案（2)中的本地采样脉冲光中心波长与光谱宽度是确定且不 可调谐，即其光谱是唯一的，只能对光谱范围在脉冲光光谱范围之内的光信号进行相干光 采样，对待测光信号的速率也有一定的限制，这限制了相干光检测系统的应用范围；同时激 光器本身波长漂移将导致无法与待测光信号波长对准，导致相干光采样性能下降，给后续 的数字信号处理（DSP)带来很大的压力；不仅如此，在多波长通信系统中，需要多个不同中 心波长、光谱落在C波段不同位置的脉冲激光器来对各个波长的信号光进行相干光采样， 造成了系统成本急剧上升。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于超连续谱的波长可 调谐相干光检测系统，其目的在于将超连续谱光源进行可调谐滤波，获取中心波长可调、频 谱宽度和范围可调的时域光脉冲，用于相干光检测系统中作为本地采样脉冲对待测光信号 进行采样，由此扩展了相干光采样的工作范围，克服波长漂移带来的频漂问题。
[0010] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于超连续谱的波长可调 谐相干光检测系统，包括高非线性光纤、可调谐光滤波器、光谱仪、90°混频器、四个光电平 衡探测器、模数转换单元和信号处理单元；
[0011] 其中，高非线性光纤用于光谱展宽；其输入端接收外部飞秒脉冲光，输出超连续 谱；接入的飞秒脉冲光在强非线性效应的作用下，脉冲频谱内产生新的频率，光谱得以展 宽，产生覆盖C波段（1520-1570nm)且光谱平坦的超连续谱，该超连续谱具有相干性；
[0012] 其中，可调谐光滤波器对该超连续谱进行滤波，获取到中心波长、光谱宽度可变的 脉冲光；其中心波长与光谱宽度可根据待测光信号调整，使其中心波长与待测信号光波长 相同、光谱宽度不小于待测光信号光谱宽度；该脉冲光的重复频率远低于待测光信号速率， 与上述超连续谱的重复频率相同，其脉宽从飞秒展宽到皮秒量级；
[0013] 其中，光谱仪的第一输入端接入所述脉冲光，第二输入端接入待测光信号；对该本 地采样脉冲光与待测光信号进行光谱覆盖校准检测，根据光谱仪上显示的待测光信号的光 谱宽度与波长位置调整可调光滤波器的通带宽度与中心波长，输出本地采样脉冲光，该本 地采样脉冲光的光谱完全覆盖待测光信号的光谱；
[0014] 其中，90°混频器用于相干混频；其第一输入端接入本地采样脉冲光，第二输入端 接入待测光信号；在90°混频器中，待测光信号与本地采样脉冲分别经过偏振分束器分成 两路正交偏振态，相同偏振态的待测光信号与本地采样脉冲发生干涉，产生携带待测光信 号相位信息的中频信号；90°混频器中输出8路光场，其中4路为X偏振方向混频后的光， 4路为Y偏振方向混频后的光；
[0015] 其中，四个光电平衡探测器均用于光电转换，将相干混频后获得的携带有待测光 信号相位信息的中频信号转化为四路模拟低速电信号，该电信号速率在MHz量级，其速率 远低于待测光信号速率；
[0016] 各光电探测器均具有两个光输入接口，接收两路所述中频信号，输出一路模拟低 速电信号；具体的，第一光电平衡探测器接收第一路X偏振方向混频后的光和第一路Y偏振 方向混频后的光；输出X偏振方向的实部（I路）；第二光电平衡探测器接收第二路X偏振 方向混频后的光和第二路Y偏振方向混频后的光，输出X偏振方向的虚部（Q路）；第三光电 平衡探测器接收第三路X偏振方向混频后的光和第三路Y偏振方向混频后的光，输出Y偏 振方向的实部（I路）；第四光电平衡探测器接收第四路X偏振方向混频后的光和第四路Y 偏振方向混频后的光，输出Y偏振方向的虚部（Q路）；X偏振方向的实部、虚部和Y偏振方 向的实部、虚部信号，携带两个正交偏振方向上的信号信息；
[0017] 其中，模数转换单元用于进行模数转换，将四个光电平衡探测器输出的模拟低速 电信号采样量化，获取数字信号；其第一输入端连接第一光电平衡探测器的输出端，第二输 入端连接第二接光电平衡探测器的输出端，第三输入端连接第三接光电平衡探测器的输出 端，第四输入端连接第四接光电平衡探测器的输出端；
[0018] 其中，信号处理单元用于数字信号处理，获取待测光信号的眼图和星座图；其第一 至第四输入端对应的连接模数转换单元的第一至第四输出端。
[0019] 优选的，上述相干光检测系统还包括被动锁模脉冲激光器，用于产生飞秒脉冲光， 被动锁模脉冲激光器的输出端与高非线性光纤的输入端连接。
[0020] 按照本发明的另一方面，提供了一种基于超连续谱的波长可调谐相干光检测方 法，包括以下步骤：
[0021] (1)采用高非线性光纤对MHz量级低重复频率的飞秒脉冲光进行调制，获取覆盖C 波段且在C波段波动范围〈1 %的超连续谱；
[0022] (2)对上述超连续谱进行滤波，获取中心波长与待测光信号波长相同且光谱可覆 盖待测光信号光谱的本地采样脉冲光；（3)将待测光信号与上述本地采样脉冲光进行相干 混频，获取携带待测光信号相位信息的中频光信号；
[0023] (4)将上述中频光信号转换成低速模拟电信号，并消去低速模拟电信号里的直流 分量，以获取待测光信号的相位信息；
[0024] (5)将上述消去直流分量的低速模拟电信号转换为数字信号；并对该数字信号采 用正交归一化、不平衡补偿、频偏估计、相位估计算法，对相干采样后的待测光信号进行解 调和恢复，获取到待测光信号的眼图、星座图和Q值。
[0025] 优选地，步骤⑵具体包括以下步骤：
[0026] (2. 1)采用可调谐光滤波器对上述超连续谱进行滤波，获取采样脉冲光；
[0027]