基于时间透镜的光学傅里叶变换的研究

发布时间：2021-06-17 02:12

　　由于传统的电子技术受瞬时带宽和响应速率的限制,如何快速的实现宽带射频信号的频谱检测是近年来的研究热点。微波光子学应运而生,光学傅里叶变换可以在微秒或者纳秒量级的时间内实现信号的时频互换,为实时测频提供了新的方案。在实现光学傅里叶变换的多种方案中,基于时间透镜的光学傅里叶变换系统,结构简单,性能稳定,受到广泛关注。但是单纯的使用时间透镜的光学傅里叶变换系统能够获得的频谱分辨率较低,不能满足实际频谱分析的需要。本文为实现高分辨率的频谱分析,提出时间压缩技术对信号进行预处理。受时间拉伸技术的启发,先把射频信号调制到啁啾光脉冲上,然后利用光纤的色散补偿作用使信号在时域被压缩,相应地频谱得到展宽,压缩后的信号再经过时间透镜系统进行频谱检测,这样就可以用相同精度的频谱检测系统获得更好的分辨率。本文主要工作如下:（1）基于时空对应原理,深入分析了时间透镜原理。基于傅里叶变换的原理,提出一种时间压缩技术,通过对射频信号进行时间压缩,实现频谱的展宽,等效提高了光学傅里叶变换的频谱分辨率。（2）为避免原始啁啾脉冲对信号的干扰,需要将压缩后的信号重新加载到光载波上进行光学傅里叶变换。但压缩后射频信号的带宽过... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

一基于时间透镜实现高分辨的傅里叶变换系统结构图

纤色散的作用，就会像光束经过透镜会聚在空间中得到傅里叶变换一样，光脉冲??会在时域上得到傅里叶变换，实现了时－频包络的互换。典型的基于时间透镜的光??学傅里叶变换的系统如图１－３所示。??丁?ｆａｒ－ｆｌｅｌｄ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ??＿?：Ｔｙｒ：?■?（Ｆｏｕｒｉｅｒ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）??Ｏ?Ｑ?■．ｄ丨??ＳＭＦ???ＳＭＦ??图１－３典型的基于时间透镜的光学傅里叶变换系统的结构图ｔ３Ｑ］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｏｐｔｉｃａｌ?Ｆｏｕｒｉｅｒ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍ?ｓｙｓｔｅｍ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｔｉｍｅ?ｌｅｎｓ［３０］??与常用的透镜类似，将时间透镜能够对输入信号产生有效的二阶相位调制的??时间窗口叫做时间孔径，它表示时间透镜能够起作用的时域范围。把光脉冲能够??被压缩的最小宽度叫做分辨率，它是衡量时间透镜能够分辨的最短的时间，同时??它也决定了时间透镜对频谱的分辨能力。这是两个衡量时间透镜性能的关键参数。??发展至今时间透镜可以利用电光相位调制器、非线性晶体的和频与差频、光纤的??非线性效应来实现。??Ｍ．?Ｔ．?Ｋａｕｆｆｍａｎ等人在１９９４年使用衍射光栅和由微波驱动的相位调制器组成??时间透镜系统，实现了信号时域－频域的转换，这样就可以使用光谱仪测量皮秒量??级的光脉冲，当光电相位调制器的驱动信号的频率为５．２ＧＨｚ时，该系统可以达到??３ｐｓ的分辨率??Ｎ．?Ｋ．?Ｂｅｒｇｅｒ等人在２００５年首次在实验中采用电光相位调制的方法实现了时??间透镜，并利用它进行了光学傅里叶变换，该系统对光脉冲的实时频谱测量的分??辨率达到０．０４ｎｍ

光脉冲序列压缩到原信号的１／２７，成为一个时长不到１００ｐｓ、速率为２７０Ｇｂ／ｓ的信??号，把这个信号隐藏到一个普通的光脉冲中，实现保密通信Ｍ。系统中的时间透??镜是利用基于硅光子波导的四波混频效应实现的，该方案的原理如图１－４所示：??时间透镜??Ｉ?Ｉ?时间透镜??Ｉ??／?傅里ｄ平面?＾?＼??＜—?－????／?？?＾?Ｘ?＾４?Ａ—？??＾?／?ｆＡ?＾??３?°ｉ?十?雜?ｒ，１?ｂ?????一?＿１０?＿?ｉｎｐｕｔ??Ｉ?－２０－?ｉ?－ｓｏ：?卜！??Ｉ?－４０．?ｏｕｔｐｕｔ?＼?ｉ?ｉ?Ｉ?—／?＼?１?卜??－Ｍ：：?ｍ?ｉ?１－＂：?＼ｌ?＼?！＼??－７０－?Ｊ?，?ｉ?ｉ?，?－７０?－?ｉ?！?＇?，??１５３０?１，５４０?１＾５０?１，５６０?１，５７０?１．ＳＢ０?ｌ５＇３０￣￣￣１５＂５０?－?－?Ｊ／￣??ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ｗ柳細?ｇｔｈ?（ｎｍ．＞?，??图１＿４时间望远镜系统实现信号压缩的方案图［３５］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｓｉｇｎａｌ?ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｔｅｍｐｏｒａｌ?ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ１３５１??该系统中两次使用同一泵浦源进行四波混频，有效消除了泵浦源啁啾对信号??带宽的影响


本文编号：3234248