[發(fā)明專利]基于色散與頻譜處理的光真延時方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310222255.8
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103259596A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭小平;宋云龍;李尚遠;張漢一;周炳琨
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H04B10/2513
• 分類號: H04B10/2513
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于色散與頻譜處理的光真延時方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光真延時技術(shù)（optical?true?time?delay,OTTD）是指利用光子學方法實現(xiàn)對微波信號的可控延時。在相控陣技術(shù)、信號處理技術(shù)、光網(wǎng)絡(luò)緩存中有著廣泛的應(yīng)用前景。與電學方法相比，它具有低損耗、大帶寬、小尺寸、抗電磁干擾等優(yōu)點。光信號經(jīng)過波導所需的時間可以表示為：τ=n(ω)l/c，其中，τ為光信號的延時，n(ω)為折射率,l為波導長度。基于上式，實現(xiàn)光真延時的方法主要有以下幾種：（1）通過光開關(guān)來切換不同長度的光纖，即改變上式的l，（2）改變光載波的頻率，進而改變折射率n(ω)實現(xiàn)延時的調(diào)諧。（3）固定光載波頻率，直接利用可調(diào)諧色散模塊對色散值調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)延時量。

圖1為一個現(xiàn)有技術(shù)中真延時方法的示意圖。如圖1所示，可調(diào)諧激光器101產(chǎn)生的激光在光電調(diào)制器102中調(diào)制上射頻信號。而后信號光再經(jīng)過一段固定長度的色散光纖103。最后通過光電探測器104將射頻信號拍出。假設(shè)激光器的可調(diào)諧范圍為Δλ，調(diào)諧步進為λ_step，色散器件的色散量為D，則整個延時系統(tǒng)的可調(diào)諧延時范圍為τ_max=ΔλD，調(diào)諧延時步進為τ_step=λ_stepD。可以看出在激光器的調(diào)諧范圍受限的情況下，要實現(xiàn)大的延時，只能增大色散器件的色散量。而這勢必會增大延時的步進，降低了延時調(diào)諧的連續(xù)性。

利用色散的延時技術(shù)存在一個嚴重的問題：色散引起的微波功率衰落。經(jīng)過的色散量為D的色散器件后，微波功率P與其頻率f_RF的關(guān)系為，

P∝cos2(πDcλc2fRF2)]]>

其中，c為光在真空中的傳輸速度，D為色散器件的色散量，λ_c為光載波的波長，f_RF為微波信號的頻率。

功率衰落嚴重影響了TTD系統(tǒng)可傳輸信號的帶寬，往往需要另加預處理模塊進行補償，增加了系統(tǒng)的復雜度。

2012年，Optics?Letters期刊上發(fā)表的“Programmable?multiple?true-time-delay?elements?based?on?a?Fourier-domain?optical?processor”一文中，提出了利用光譜幅相控制器進行相位處理實現(xiàn)精細延時調(diào)諧的方案。

圖2為上文中利用光譜幅相控制器進行相位處理實現(xiàn)精細延時調(diào)諧的示意圖。如圖2所示，WDM光源201產(chǎn)生的多波長光信號在光電調(diào)制器202中被調(diào)制上射頻信號，經(jīng)過光譜幅相控制器203后不同波長上的光信號被加上不同斜率的線性相位。波分解復用器204將各個波長的光信號分開，而后通入光探測器陣列205中進行探測，得到微波信號。設(shè)在第i路波長處施加的線性相位斜率為k_i，則第i路信號得到的真延時為

其中，為第i路信號的相位，k_i為相位的斜率，ω為光頻率。

從上式可知，每路光信號的延時量決定于線性相位的斜率。線性相位的施加是通過在不同的幅相控制點處施加離散的線性相位實現(xiàn)的。該方法的延時精度取決于相鄰控制點的相位分辨率，最大延時量受限于幅相控制器的頻率分辨率以及光斑的空間分布。該公開文獻中，實現(xiàn)了0.7ps的延時步進，延時范圍-32ps至32ps。

現(xiàn)有技術(shù)方案，無法兼顧延時范圍和延時精細度。圖1中的技術(shù)方案可以實現(xiàn)大范圍的延時，但是步進往往很大，傳輸帶寬亦受限。而圖2中的技術(shù)方案實現(xiàn)了延時的精細的調(diào)諧，但是延時的范圍受限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于色散與頻譜處理的光真延時方法。