[发明专利]基于色散与频谱处理的光真延时方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光信号处理技术领域，特别涉及一种基于色散与频谱处理的光真延时方法及系统。

背景技术

光真延时技术（optical true time delay,OTTD）是指利用光子学方法实现对微波信号的可控延时。在相控阵技术、信号处理技术、光网络缓存中有着广泛的应用前景。与电学方法相比，它具有低损耗、大带宽、小尺寸、抗电磁干扰等优点。光信号经过波导所需的时间可以表示为：τ=n(ω)l/c，其中，τ为光信号的延时，n(ω)为折射率,l为波导长度。基于上式，实现光真延时的方法主要有以下几种：（1）通过光开关来切换不同长度的光纤，即改变上式的l，（2）改变光载波的频率，进而改变折射率n(ω)实现延时的调谐。（3）固定光载波频率，直接利用可调谐色散模块对色散值调节，进而调节延时量。

图1为一个现有技术中真延时方法的示意图。如图1所示，可调谐激光器101产生的激光在光电调制器102中调制上射频信号。而后信号光再经过一段固定长度的色散光纤103。最后通过光电探测器104将射频信号拍出。假设激光器的可调谐范围为Δλ，调谐步进为λ_step，色散器件的色散量为D，则整个延时系统的可调谐延时范围为τ_max=ΔλD，调谐延时步进为τ_step=λ_stepD。可以看出在激光器的调谐范围受限的情况下，要实现大的延时，只能增大色散器件的色散量。而这势必会增大延时的步进，降低了延时调谐的连续性。

利用色散的延时技术存在一个严重的问题：色散引起的微波功率衰落。经过的色散量为D的色散器件后，微波功率P与其频率f_RF的关系为，

P∝cos2(πDcλc2fRF2)]]>

其中，c为光在真空中的传输速度，D为色散器件的色散量，λ_c为光载波的波长，f_RF为微波信号的频率。

功率衰落严重影响了TTD系统可传输信号的带宽，往往需要另加预处理模块进行补偿，增加了系统的复杂度。

2012年，Optics Letters期刊上发表的“Programmable multiple true-time-delay elements based on a Fourier-domain optical processor”一文中，提出了利用光谱幅相控制器进行相位处理实现精细延时调谐的方案。

图2为上文中利用光谱幅相控制器进行相位处理实现精细延时调谐的示意图。如图2所示，WDM光源201产生的多波长光信号在光电调制器202中被调制上射频信号，经过光谱幅相控制器203后不同波长上的光信号被加上不同斜率的线性相位。波分解复用器204将各个波长的光信号分开，而后通入光探测器阵列205中进行探测，得到微波信号。设在第i路波长处施加的线性相位斜率为k_i，则第i路信号得到的真延时为

其中，为第i路信号的相位，k_i为相位的斜率，ω为光频率。

从上式可知，每路光信号的延时量决定于线性相位的斜率。线性相位的施加是通过在不同的幅相控制点处施加离散的线性相位实现的。该方法的延时精度取决于相邻控制点的相位分辨率，最大延时量受限于幅相控制器的频率分辨率以及光斑的空间分布。该公开文献中，实现了0.7ps的延时步进，延时范围-32ps至32ps。

现有技术方案，无法兼顾延时范围和延时精细度。图1中的技术方案可以实现大范围的延时，但是步进往往很大，传输带宽亦受限。而图2中的技术方案实现了延时的精细的调谐，但是延时的范围受限。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于色散与频谱处理的光真延时方法。