全光信号变换理论及应用研究 《华中科技大学》博士论文

  全光信号处理由于可以突破传统光-电-光转换的速度限制,已成为实现未来高速大容量全光通信网络的关键技术。全光信号变换作为全光信号处理的一个重要部分,是对信号本身的光场和频谱进行操控。木论文围绕全光信号变换理论及应用研究为核心,在基于滤波器线性信号变换理论分析,基于时空二元性信号变换以及信号监测方面进行了研究。概括木论文的研究贡献和创新点,有以下方面：（1）分析了全光线性信号变换的基本理论。理论分析了信号光场和频谱的特征关系,由此提出并建立了基于滤波器线性信号变换的完整模型,用于分析各种数字谱变换和模拟谱变换的原理。提出了基于带通滤波器信号解调的原理解释。最后对比空间图像变换技术和时域信号变换技术,介绍了基于时空二元性信号变换的基本理论。（2）基于时空二元性,实现了时域成像和时域Fourier变换的功能。实现了时域小孔成像现象,并通过对比分析了时域透镜成像、时域小孔成像、时域眼睛成像和时域Fresnel波带片成像的基本原理。类比空间凸透镜聚焦系统,提出并实现了可重构的时域Fourier变换和时域成像功能,并进一步拓展研究了时域凹透镜发散系统实现波形拉伸的功能。研究了时域多透镜的等效系统,得到了“色散+时域透镜+色散”系统与“时域透镜+色散+时域透镜”系统的等价关系,用于简化多个时域透镜级联系统。（3）结合简化的时域4-f系统和非线性信号变换技术,实现了复杂信号变换功能。在简化的时域4-f系统的中心焦点,进行光场平方,光场相乘和共轭相乘操作,实现整个系统的自卷积,卷积和相关运算功能。利用自卷积运算功能,提出并实现了矩形脉冲到三角脉冲及可调三角脉冲的转换。利用卷积运算功能,提出并实现了矩形脉冲到梯形脉冲和可调梯形脉冲的转换。最后将结构推广到一般化的卷积系统和相关系统,利用卷积系统提出并得到了算法转移功能,利用相关系统提出并得到了信号帧头识别功能。（4）研究了非相干信号的时域成像和时域Fourier变换功能。首先分析了针对于非相干信号用于时空二元性信号变换的基本理论。在时域成像方面,研究并验证了利用时域透镜、时域小孔、时域眼睛和时域Fresnel波带片实现非相干信号成像的功能,同时也研究了利用时域凸透镜聚焦和时域凹透镜发散系统实现可重构成像的功能。在时域Fourier变换方面,研究并验证了利用时域透镜和时域Fresnel波带片买现非相干信号Fourier变换的功能,同时也分析几种时域透镜Fourier变换系统对非相干信号进行Fourier变换的基本原理。（5）信号监测。分别在时域,频域和射频域上实现了传输信号色散的监测。首先分析了待监测信号受色散劣化以后的时域波形,频域光谱和射频谱的变化规律。在时域上,提出并实现利用异步直方图技术和曲线拟合算法监测NRZ-DPSK信号的色散的方法。在频域上,提出并实现利用信号上下边带的与门功率得到信号边带的自相关函数曲线,从而监测了RZ-OOK信号的色散。在射频域上,分析了信号射频谱特性,提出并实现了利用SOA的非线性效应将信号的射频谱转移到探测光的光谱,从而监测（N）RZ-DPSK信号的色散。

 

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页数：163

 

【学位级别】：博士

 

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

    1.1 全光信号变换的研究背景及研究意义

    1.2 全光信号变换的范畴和实现方法

    1.3 研究概况

    1.4 本论文的主要工作

2 信号变换的理论基础

    2.1 引言

    2.2 信号分析

    2.3 基于滤波器的线性信号变换

    2.4 时空二元性的基本理论

    2.5 本章小结

3 基于时-空二元性的信号变换

    3.1 引言

    3.2 时域小孔成像系统

    3.3 时域Fresnel波带片成像系统

    3.4 各种成像系统对比分析

    3.5 可重构Fourier变换系统和成像系统

    3.6 透镜Fourier变换系统对比分析

    3.7 透镜系统等价结构分析

    3.8 本章小结

4 基于时域4-f系统的全光信号变换

    4.1 引言

    4.2 三角脉冲产生

    4.3 脉宽可调三角脉冲产生

    4.4 梯形脉冲产生

    4.5 全光卷积系统及其应用

    4.6 全光相关系统及其应用

    4.7 本章小结

5 非相干光的时空二元性信号变换

    5.1 引言

    5.2 非相干信号变换理论

    5.3 非相干光成像系统分析

    5.4 非相干光Fourier变换分析

    5.5 本章小结

6 色散监测技术

    6.1 引言

    6.2 基于波形变化监测色散

    6.3 基于光谱变化监测色散

    6.4 基于RF变化监测色散

    6.5 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文目录

附录2 英文缩写简表