基于光子技术的宽带矩形波和锯齿波产生系统

技术领域

本发明属于光子学领域技术，具体为一种基于光子技术的宽带矩形波和锯齿波产生系统。

背景技术

高速和宽带波形在现代科技和工程中有重要的应用(1.A.W.Rihaczek,“Principles of High-Resolution Radar,”Norwood,MA,USA:Artech House,1996.2.J.P.Yao,“Photonic generation of microwave arbitrary waveforms,”Opt.Commun.,Vol.284,No.15,pp.3723–3736.)。随着工程应用要求的提高,采用电子技术已经无法实现高速和宽带的矩形波和锯齿波(3.Arayashiki Y.,Ikeda M.,and Amano Y.,“80GBd 6-bit DAC in InP DHBT for arbitrary waveform generator,”Electron.Lett.,Vol.52,Issue 23,1937-1938.4.Dufort,Benoit,Roberts,Gordon W.,“Increasing the performance of arbitrary waveform generators using periodicsigma-delta modulated streams,”IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement,Vol.49,No.1,pp.188-199.)。这两种波形要求具有尽可能垂直的上升和/下降沿t

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光子技术的宽带矩形波和锯齿波产生系统。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于光子技术的宽带矩形波和锯齿波产生系统，包括：激光光源、光环形器、取样光纤光栅、带通滤波器、光电转换器以及低通滤波器，所述光环形器的第一接口与激光光源连接，所述光环形器的第二接口与取样光纤光栅连接，所述光环形器的第三接口与带通滤波器的一端连接，所述带通滤波器的另一端与光电转换器的一端连接，所述光电转换器的另一端与低通滤波器连接，其中：

所述激光光源用于产生激光脉冲；

所述取样光纤光栅用于对激光脉冲做波分复用处理得到波分复用多波长通道信号；

所述光带通滤波器用于选择设定波长范围的脉冲；

所述光电转换器用于将激光脉冲转换为电脉冲；

所述低通滤波器用于滤除电脉冲的高频分量并输出波形。

进一步地，所述激光光源产生的激光脉冲的重复频率为需要产生的波形的重复频率。

进一步地，所述激光光源产生的激光脉冲带宽大于所需产生波形的带宽。

进一步地，所述取样光纤光栅为Sinc

进一步地，所述取样光纤光栅为Sinc和Sinc

进一步地，所述取样光纤光栅为二阶有理函数取样光纤光栅。

进一步地，当需要产出的波形为矩形波时，所述取样光纤光栅所有波长通道的反射率谱>0.99；当需要产出的波形为锯齿波时，所述取样光纤光栅所有波长通道的反射率谱包络呈线性递增或线性递减，分别对应于上升锯齿波和下降锯齿波。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明采用Sinc

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是基于光子技术的宽带矩形波和锯齿波产生系统示意图。

图2高速宽带矩形波生成示意图，其中，图2(a)为光脉冲从波长域到时域变换示意图，图2(b)为从离散脉冲到连续波形示意图。

图3高速宽带锯齿波生成示意图，其中，图3(a)为光脉冲从波长域到时域的变换，图3(b)为从离散脉冲到连续波形示意图。

图4为用于产生的矩形波和锯齿波的取样光纤光栅示意图，其中图4(a)、(b)为从Sinc

具体实施方式

一种基于光子技术的宽带矩形波和锯齿波产生系统，包括激光光源、光环形器、取样光纤光栅、带通滤波器、光电转换器以及低通滤波器，所述光环形器的第一接口与激光光源连接，所述光环形器的第二接口与取样光纤光栅连接，所述光环形器的第三接口与带通滤波器的一端连接，所述带通滤波器的另一端与光电转换器的一端连接，所述光电转换器的另一端与低通滤波器连接。

所述激光光源用于产生带宽大于所需产生波形带宽的激光脉冲，所述激光脉冲具有飞秒级别的脉冲宽度。

进一步的实施例中，所述激光脉冲的重复频率为需要产生的波形的重复频率；

所述取样光纤光栅用于对激光脉冲做波分复用处理后得到波分复用多波长通道信号；具体地，从取样光纤光栅返回的光脉冲经带通滤波器后在时间上呈周期性排列，每个周期内脉冲包络呈需要的波形形状。

进一步的实施例中，所述取样光纤光栅为Sinc

进一步的实施例中，当需要产出的波形为矩形波时，所述取样光纤光栅所有波长通道的反射率谱>0.99；当需要产出的波形为锯齿波时，所述取样光纤光栅所有波长通道的反射率谱包络呈线性递增或线性递减，分别对应于上升锯齿波和下降锯齿波。

取样光纤光栅具有多个波长通道，这些通道的剖面形状是由取样函数决定的。一个Sinc

在一个Sinc

其中，取样函数为：

式中，λ

为了产生锯齿波形，在某些实施例中，设计一个Sinc

可以从图中清楚地看到强和弱光纤光栅的线性延迟通道剖面。而两种通道折射率剖面分别用于产生矩形波形和锯齿波形。在这两个用于波形生成的光纤光栅延迟线例子里，强光栅的总延迟量是3.7ps、3.1nm波长范围有15个通道延迟阶跃，即平均延迟阶跃0.25ps。弱光栅的总延迟量是13.7ps、6.4nm波长范围有31个通道延迟阶跃,即平均延迟阶跃0.44ps。

所述光带通滤波器用于选择特定波长范围的脉冲，选出的激光脉冲在时间上呈周期性排列，每个周期内脉冲包络呈需要的波形形状；

所述光电转换器用于将激光脉冲转换为电脉冲；

所述低通滤波器用于滤除电脉冲的高频分量并输出波形。

本发明基于采用Sinc

对于取样光纤光栅来说，输入信号是来自来自激光器的宽带超快激光脉冲，每一个脉冲经由光环形器进入取样光纤光栅，即激光器输出端接光环形器第一端口，光环形器第二端口接取样光纤光栅输入端；

取样光纤光栅把输入的每一个宽带脉冲变成为波长域上的多个WDM脉冲，这些脉冲的包络形状与需要产生的波形形状一致；

对于光环形器来说，第二端口输入信号是自取样光纤光栅反射回来的WDM激光脉冲，即脉冲从取样光纤光栅输入端回到光环形器端口，WDM激光脉冲这时已经成为时域上排列的多波长脉冲，脉冲间隔为皮秒量级。激光脉冲经由光环形器输出，即光环形器第三端口接光带通滤波器输入端。所以取样光纤光栅结合光环形器构成了一个WDM皮秒光纤延迟线。

所述光环形器第三端口接光带通滤波器输入端，光脉冲在带通滤波器根据所需要的WDM脉冲定位完成波长范围选择；

光带通滤波器输出端接光电转换器输入端，被选择的WDM光脉冲在光电转换器转变为同样时间排列的电脉冲；

光电转换器输出端接到低通滤波器输入端，在时间上排列的电脉冲串被低通滤波器滤除一定的高频分量、从而形成所需要的波形；

在低通滤波器输出端输出所需要的波形。

本发明公开了一种新的采用光子技术的波形生成方法，即用基于一种取样光纤光栅的皮秒光纤延迟线，结合使用超快激光光源，以光栅对激光脉冲波分复用并产生需要的包络形状的脉冲串，实现脉冲信号从波长域到时域的映射，再以射频光子滤波器、光电转换、和低通滤波执行波形重结构，从而获得需要的波形。

本发明通过光子技术去产生超短激光脉冲的波分复用和特定形状包络的脉冲串，经过波长域到时域的映射,以光带通滤波器选出包络形状为矩形和直角三角形(即锯齿波形)的脉冲串，再经光电变换和低通滤波,从而产生需要的矩形波和锯齿波。

实施例1：高速宽带矩形波产生

结合图1和图2，考虑到相邻激光脉冲所需的分隔，所使用的激光器脉冲宽度为100fs(飞秒),激光器的光谱宽度大于所使用的取样光纤光栅的需要的WDM脉冲通道范围，这些WDM通道范围为3.2nm。由于这是要生成矩形波形，所以，取样光纤光栅为Sinc

实施例2：高速宽带锯齿波产生

结合图1和图3，考虑到锯齿波的线性斜坡的特点和相邻激光脉冲所需的分隔，所使用的激光器脉冲宽度为100fs,激光器的光谱宽度大于所使用的取样光纤光栅的需要的32个WDM脉冲通道波长范围，后者为6.5nm。由于这是要生成锯齿波形，所以，取样光纤光栅为Sinc