[发明专利]通过线性光学采样的光学信号可视化

说明书

技术领域

本发明涉及通过光学网络的电信领域，且更具体来说，涉及通过线性光学采样进行通常高达几百千兆字节/秒的极高速光学信号的直接可视化及控制的问题。

背景技术

通过线性光学采样进行的数字化方法源于对外差检测的特定应用。外差检测通常使用源于本机振荡器的光学信号，所述光学信号通过光学耦合器混合到待分析的光学信号。接着在光检测器上检测所述经混合光学信号，所述光检测器的电信号是在待分析光学信号与源于本机振荡器的信号之间的差频信号。在使用平衡的光检测器时，其沿一端来自耦合器且另一端来自所述经混合信号的相移达一个正交相位(π/2)的副本的第一臂递送来自所述光学信号及源于振荡器的信号的混合物的外差电信号。比较此两个电信号使得可能推断出待分析的经编码信号的振幅及相位。两个光检测器必需平衡或匹配，使得比较两个电信号可在没有任何系统误差的情况下产生经分析光学信号的振幅及相位。

然而，简单外差检测方案无法轻易自待分析的经编码光学信号提取相位：此提取需要精确知道光学信号及/或本机振荡器的振幅。实际上，使基本外差检测方案加倍且在信号的光学路径或本机振荡器的光学路径上引入四分之一波片(相移达π/2)通常是有帮助的。此产生被称为相干的基本检测方案，其中使用两对平衡光检测器。将前两个光信号相减产生用I标示的电信号，且将第二对平衡光检测器的光信号相减产生用Q标示的电信号。所述电信号I及Q(其中且可用于重建表示待分析的光学信号的复数C，其中

在超短光学脉冲用作本机振荡器时，基本技术可被称为“外差线性光学采样”。外差检测仅可在光学信号及脉冲(本机振荡器)存在于光检测器处时发生。为此，在线性光学采样的基本方案中，下列组件是必需的，但在现实情况中并不够：短光学脉冲源(本机振荡器)、可实现待分析光学信号与来自包括光学波导(例如光纤)的本机振荡器的信号的混合的光学系统、及使得可能在第一外差检测系统与第二外差检测系统(且最终在两对平衡光检测器)之间引入π/2相移的延迟线。

与非线性方法相比，线性方法因为双重检测而允许处理在输入端处具有低功率的光学信号且保存相位相关信息。然而，使用线性光学采样的数字化方法需要关于在采样中所涉及的光信号的过多相干时间(约50μs)，其与现实光学信号不兼容且因而此方法可导致信息丢失。

一种最小化此缺点的方式为使用双重采样。然而，在此情况中，有必要使所使用设备加倍且因此使成本加倍。通常，采样脉冲经加倍且移位达待分析光学信号的一个位时间。同时，从信息位采取样本且从下一位采取另一样本，使得所采取样本保持时间相干性：此是因为即使所涉及信号的相干时间相对较短(≤1μs)，但其仍远长于经分析信号的周期。在此提醒，10Gb/s信号具有100ps周期。因此，信号的相干时间问题可以此方式来解决，尽管是以复制相干检测方案为代价的。在此阶段中，线性采样方案为四个基本外差检测方案的组合，且因此需要存在八个平衡的光检测器。

来自本机振荡器的信号(假设其为已知)必须在其到达光检测器时具有与待分析光学信号的光学偏振对准的光学偏振，使得可发生外差检测。使得可能解决待分析光学信号的未知偏振问题的一个解决方案由下列步骤组成：将光学信号投射到任意地或按照惯例挑选的两个熟知正交偏振状态上，及通过在光纤系统中使用偏振维持光纤维持所述两个已知状态。在重建来自外差检测的信号之前，必须相同地处理及检测此两个偏振状态，以便在将初始光学信号投射到两个正交状态上之前重建所述初始光学信号。因此，所述解决方案需要复制任何相干脉冲检测方案(双重外差检测)。结合针对解决现实光学信号的弱时间相干性问题所提出的解决方案，全外差检测系统因此需要八倍地复制基本外差检测方案，从而导致使用十六个平衡光检测器。

发明内容

通过一种用于通过线性光学采样使光学信号可视化并且比已知系统简单且便宜的系统消除现有技术的缺点。

为达此目的，提议一种使用超快线性光学采样的可视化系统，其使得可能在可达极高速度的传输速率下且在序列长度不受限的情况下将振幅调变及/或相位调变的光学信号特征化，其中所述速率仅受所用采样脉冲的持续时间限制。

所述系统通过一种用于通过线性光学采样使极高速复合(即，振幅调变及/或相位调变)光学信号可视化的方法来实施，所述光学采样具有先进编码格式(特定来说，使用相位编码的格式)，所述格式可以较低成本保存与待分析光学信号相关的信息。

所提议方法使得可能获得基于实际情况的外差信号，在所述实际情况中待分析光学信号具有未知光学传播模式及低时间相干性。