[發明專利]一種全光時域-頻域連續傅里葉變換裝置

無效

• 申請號: 201210106046.2
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102608833A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 余少華;謝德權;李蔚;張趙勇
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術領域

本發明涉及全光信號處理技術領域，具體說是兩種全光時域-頻域連續傅里葉變換裝置。所述變換裝置用于完成對光脈沖的全光時域-頻域連續傅里葉變換，且屬于全光信號處理裝置。

背景技術

傅里葉變換的基本思想首先由法國學者傅里葉系統地提出，后來隨著科學的發展，在物理學、電子類學科、數論、組合數學、信號處理、概率論、統計學、密碼學、聲學、光學、海洋學以及結構力學等領域都有著廣泛的應用。例如在信號處理中，傅里葉變換的典型用途是將信號分解成幅值分量和頻率分量。

在數學中，連續傅里葉變換是一個特殊的把一組函數映射為另一組函數的線性算子。不嚴格地說，傅里葉變換就是把一個函數分解為組成該函數的連續頻率譜，即可以理解為經過傅里葉變換之后，信號由時域變換到了頻域。傅里葉變換的這項性質在信號處理中得到了廣泛的應用。

傅里葉變換的具體實現方式主要有電學和光學兩種。

電學方面，通常使用數字信號處理器(Digital?Signal?Processor，DSP)或者現場可編程門陣列(FPGA)實現快速傅里葉變換(FFT)。DSP開發相對簡單，技術成熟，開發費用相對較低，目前許多FFT的硬件實現都采用DSP；但總體來說，DSP的速度相對較慢，接口不靈活，且沒有FFT運算所需要的巨量存儲器，需外置特定的接口、控制芯片和RAM，限制了運算速度。FPGA采用硬件電路，可實現并行處理，在體積、速度、靈活性等各方面性能都優于DSP，但FPGA技術起步較晚，開發難度大，研制費用高，并且實現FFT比較復雜。同時，FFT是根據離散傅氏變換的奇、偶、虛、實等特性，對離散傅立葉變換的算法進行改進獲得的，只是一種對于離散傅氏變換的快速算法，無法處理連續傅里葉變換。

在光學領域，空間光學傅里葉變換是光學信息處理的基礎，其原理是光學透鏡的傅里葉變換效應，在相干光照射下，透鏡后焦面上光場的復振幅分布即是位于透鏡物體前焦面的復振幅函數f(x，y)的傅里葉變換F(u，v)。通過設計復雜的光學處理系統可以完成一些較為復雜的處理運算如廣義傅里葉變換、維納變換、小波變換以及神經網絡等。

目前全光時域-頻域傅里葉變換的研究主要分為全光離散傅里葉變換(All?Optical?Diserete?Fourier?Transform，ODFT)和全光連續傅里葉變換(All?Optical?Continuous?Fourier?Transform，OCFT)。

全光時域-頻域離散傅里葉變換(ODFT)主要通過將光信號進行模擬/數字(A/D)轉換，然后對得到的數字信號進行離散傅里葉變換，然后再利用數字/模擬(D/A)轉換將信號恢復成模擬信號。而進行離散傅立葉變換時一般采用光耦合器結合移相器和延時線的結構來實現。

利用電學實現的傅里葉變換系統的功耗相對較大，并且總會受到電子芯片處理速度的限制，無法適應高速光纖通信系統和高速光電信號處理領域的需要；而常用的全光時域-頻域離散傅立葉變換裝置結構比較復雜，所需器件較多，在節能高效低能耗方面都有待改進，并且局限于離散變換，無法滿足高速光纖通信和高速信號處理領域對全光連續傅里葉變換(OCFT)的要求。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種全光時域-頻域連續傅里葉變換裝置，采用光學相位調制器和色散介質的簡單組合，實現對光脈沖的全光時域-頻域連續傅里葉變換，可以將光脈沖從時域轉換到頻域也可以從頻域轉換到時域，以利于在全光處理和高速光纖通信等領域中的使用，比如：全光正交頻分復用系統中使用。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一種全光時域-頻域連續傅里葉變換裝置，其特征在于，包括：依次串聯的第一段色散介質D(Dispersive?medium)(1)、光學相位調制器PM(Phase?Modulator)(2)、第二段色散介質D(3)，形成“D-PM-D”結構的變換裝置。

在上述技術方案的基礎上，在“D-PM-D”結構的變換裝置中，設輸入光脈沖信號為f_in(t)，依次經過“D-PM-D”結構后，得到的輸出信號f_out(t)計算式為：

其中t為時間，h_D(t)為色散介質的時域脈沖響應函數；為光學相位調制器的傳遞函數。

另一種全光時域-頻域連續傅里葉變換裝置，其特征在于，包括：依次串聯的第一光學相位調制器PM(4)、色散介質D(5)、第二光學相位調制器PM(6)，形成“PM-D-PM”結構的變換裝置。