一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生方法及装置与流程

本发明涉及微波光子和光通信技术领域，具体涉及一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生方法及装置。

背景技术：

无线通信中的超宽带技术因具有带宽很宽、传输速率较高、发射功率极低且功耗小、保密性较好等优点，而被认为是一种非常有前途的新兴技术，在短距离、大容量无线通信系统及宽带传感网络中具有十分广阔的应用前景。然而由于射频信号在空气中传播时损耗非常大，且容易受到障碍物的阻挡，超宽带技术所规定的发射功率又极低，所以它主要应用于无线个域网和无线局域网等短距离无线通信的场合，而不太适合以射频信号的形式直接在空气中进行长距离的传输。然而，如果只是单纯地在射频通信上使用超宽带技术，则难以构建一个有广阔的覆盖面的通信网络，极大地限制了超宽带技术的应用范围。

光纤通信系统在长距离传输时则具有损耗低、抗干扰能力强等独特的优点。因此，将超宽带技术与光纤通信技术融合起来，成为了超宽带信号在进行远距离连接时非常好的解决方案。最近，这种融合也使得在光域内直接产生超宽带信号的研究引起了极大的关注。尤其是脉冲宽度和射频谱可调谐、脉冲极性可切换的系统，将使得超宽带技术的应用更加灵活，适应范围更加广泛。

2010年，华中科技大学的研究小组报道了一种全光可调可切换一阶超宽带信号的产生方案，但该方案所产生的超宽带脉冲不在单一波长上，是两个光波长上的混合信号。这种混合信号在经过光纤传输时，由于色散的影响，会使得两个波长上的信号发生走离，而不能保持一阶超宽带脉冲的形状。2012年，该研究小组又使用双端输入时的半导体放大器实现了超宽带信号的产生，但该方案所产生的超宽带脉冲仍旧是两个不同波长上的混合信号，且并未实现脉冲宽度和射频谱可调谐以及脉冲极性可切换的功能。目前对于单一波长上实现脉冲极性可切换的研究已有一些报道，但在此同时又能实现脉冲宽度和射频谱可调谐的功能则较为困难，尚需进行更深入的研究。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生方法及装置解决了现有光学一阶超宽带信号发生器发生机制复杂，难以同时实现可协调和可切换以及所产生的信号不在单一波长上的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生方法，包括以下步骤：

s1、将输入信号光和输入探测光分别注入双端口光学逻辑非门的两个输入端口，并在两个输出端分别得到输出探测光和输出信号光；

s2、将输出信号光输入可调延时单元1，将输出探测光输入可调延时单元2，使输出信号光与输出探测光之间具有相对延时；

s3、将输出信号光和输出探测光合并为输出脉冲，通过调节可调延时单元1和可调延时单元2的延时量，改变相对延时的大小，进而实现输出脉冲极性的可切换。

进一步地：所述步骤s1中输入信号光和输入探测光的产生方法为：激光器产生的激光通过第一耦合器被分为两路，其中一路通过光调制器调制得到正极性的高斯光脉冲作为输入信号光，另一路通过单模光纤进行解相干作为输入探测光。

进一步地：所述步骤s2中相对延时的计算方法为：

δt＝δt1-δt2

上式中，δt为相对延时，δt1为可调延时单元1的延时量，δt2为可调延时单元2的延时量。

进一步地：所述步骤s3中输出脉冲的正极性和负极性切换方法为：

当相对延时δt＜0时，输出脉冲为正极性的一阶超宽带脉冲，当相对延时δt＞0时，输出脉冲为负极性的一阶超宽带脉冲。

一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生装置，包括双端口光学逻辑非门、可调延时单元1和可调延时单元2，所述双端口光学逻辑门的两个输出端分别与可调延时单元1和可调延时单元2连接。

进一步地：还包括第一光环行器和第二光环行器，所述第一光环行器的1端连接输入探测光，所述第一光环行器的2端与双端口光学逻辑非门连接，所述第一光环行器的3端与可调延时单元1连接，所述第二光环行器的1端连接输入信号光，所述第二光环行器的2端与双端口光学逻辑非门连接，所述第二光环行器的3端与可调延时单元2连接。

进一步地：所述可调延时单元1和可调延时单元2均与第二耦合器连接。

进一步地：所述双端口光学逻辑非门为半导体光放大器。

进一步地：所述可调延时单元1和可调延时单元2分别为第一可调光延时线和第二可调光延时线。

本发明的有益效果为：本发明通过耦合器将激光分成两路，并通过第一光环行器和第二光环行器改变光信号的方向，进行光路的选择，采用半导体光放大器得到了同一波长上的正、负极性的高斯光脉冲，反向传输的光脉冲会对正向传输的连续探测光产生调制，使得正向传输的探测光从后端面输出时被调制上与原反向传输的信号光极性相反的信息，形成负极性的高斯光脉冲，而反向传输的信号光在前端面输出时，形状保持为正极性的高斯光脉冲，再经过延时、组合，实现了单一波长上全光一阶超宽带信号的输出。所产生信号的脉冲宽度、射频谱可调谐，且脉冲的正负极性可切换。该装置结构简单、操作便捷、实现成本低，而且可以通过对光延时的简单操控，同时实现脉冲宽度和射频谱可调谐以及脉冲极性可切换的功能，具有较好的实用价值和实际可操作性。

附图说明

图1为本发明的方法原理图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明的装置结构图；

图4为本发明实施例中仿真得到的正极性光学一阶超宽带信号的输出时域图；

图5为本发明实施例中仿真得到的正极性光学一阶超宽带信号的输出射频谱；

图6为本发明实施例中仿真得到的负极性光学一阶超宽带信号的输出时域图；

图7为本发明实施例中仿真得到的负极性光学一阶超宽带信号的输出射频谱。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2共同所示，一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生方法，包括以下步骤：

s1、将输入信号光和输入探测光分别注入双端口光学逻辑非门的两个输入端口，并在两个输出端分别得到输出探测光和输出信号光，输入信号光和输入探测光的产生方法为：激光器产生的激光通过第一耦合器被分为两路，其中一路通过光调制器调制得到正极性的高斯光脉冲作为输入信号光，另一路通过单模光纤进行解相干作为输入探测光。

s2、将输出信号光输入可调延时单元1，将输出探测光输入可调延时单元2，使输出信号光与输出探测光之间具有相对延时，相对延时的计算方法为：

δt＝δt1-δt2

上式中，δt为相对延时，δt1为可调延时单元1的延时量，δt2为可调延时单元2的延时量。

s3、将输出信号光和输出探测光合并为输出脉冲，通过调节可调延时单元1和可调延时单元2的延时量，改变相对延时的大小，进而实现输出脉冲极性的可切换。输出脉冲的正极性和负极性切换方法为：

当相对延时δt＜0时，输出脉冲为正极性的一阶超宽带脉冲，当相对延时δt＞0时，输出脉冲为负极性的一阶超宽带脉冲。

如图3所示，一种单一波长全光可调的一阶超宽带信号产生装置，包括双端口光学逻辑非门、可调延时单元1和可调延时单元2，双端口光学逻辑门的两个输出端分别与可调延时单元1和可调延时单元2连接。

本发明的一个实施例为：还包括第一光环行器和第二光环行器，第一光环行器的1端连接输入探测光，第一光环行器的2端与双端口光学逻辑非门连接，第一光环行器的3端与可调延时单元1连接，第二光环行器的1端连接输入信号光，第二光环行器的2端与双端口光学逻辑非门连接，第二光环行器的3端与可调延时单元2连接。

本发明的一个实施例为：可调延时单元1和可调延时单元2均与第二耦合器连接。

本发明的一个实施例为：双端口光学逻辑非门为半导体光放大器。

本发明的一个实施例为：可调延时单元1和可调延时单元2分别为第一可调光延时线和第二可调光延时线。

如图4所示，仿真得到的本实施例中所用装置对产生的正极性的一阶超宽带脉冲进行脉冲宽度调谐的时域波形，三个子图分别表示了相对延时在-120ps，-80ps和-40ps时的输出脉冲形状；图5表示图4中各种相对延时下输出信号所对应的射频谱。图6则给出了相对延时分别调节到120ps，80ps和40ps时所产生的负极性的一阶超宽带脉冲的时域波形，图7表示图6中各种相对延时下输出信号所对应的射频谱。从图中可以发现，随着延时量绝对值的减小，时域图中信号的脉宽随之减小，所对应的射频谱上信号的中心频率和带宽会随之增加；反之，随着延时量的增加，时域图中信号的脉宽随之增大，对应的射频谱上信号的中心频率和带宽会随之减小。另外，当相对延时在正负值之间切换时，输出的一阶光学超宽带信号的极性会随之发生反转。因而，从图4-7较好地反映了该装置产生的一阶光学超宽带信号的脉冲宽度和射频谱的可调谐以及脉冲极性的可切换。