[发明专利]基于塔尔伯特效应的光域互相关运算方法及装置

说明书

本发明属于通信、计算、雷达技术领域，具体涉及一种基于塔尔伯特效应的光域互相关运算方法及装置，装置包括锁模激光器、光电调制器、IQ调制器、90度光学混合器、平衡光电探测器、光电探测器等器件。其中，先由经过相位调制和待运算信号幅度调制的两路脉冲串，在时域塔尔伯特效应下获得待运算频谱信息，接着通过90度光学混合器获得信号相关结果的频域实部和虚部，并最终IQ调制在一新脉冲串上，再次经历时域塔尔伯特效应得到承载时域相关结果的信号。本发明应用光的时域塔尔伯特效应，通过信号的离散傅里叶变换和90度光学混合器实现信号的相关运算，优点在于采用光的方法运算速度快、结果误差小、处理带宽大等优点。

技术领域

本发明属于通信、计算、雷达技术领域，具体涉及一种基于塔尔伯特效应的光域互相关运算方法及装置。

背景技术

塔尔伯特效应是一种特殊的菲涅尔衍射现象，是特定条件下相干光在自由空间中实现自成像的现象，并且这种现象在时域和频域均存在。其中分数阶时域塔尔伯特效应在特定色散量的光纤中可以实现傅里叶变换功能，而傅里叶变换正是通信中分析信号频谱信息的一个重要方法手段。因此分数阶塔尔伯特效应在光通信技术中有诸多应用发明，例如应用自成像效应实现脉冲串频率的倍增，应用分数阶塔尔伯特效应提供的离散傅里叶变换实现任意波形的产生等。

(J.Wen,Y.Zhang,M.Xiao.“The Talbot effect:recent advances in classicaloptics,nonlinear optics and quantum optics”.Advances in Optics and Photonics,2013,5(1):83-130.)中验证了相干光被周期性的一维或二维对象反射后在一定距离处可以观察到对象精确图像的空间塔尔伯特效应。(J.and M.A.Muriel,TemporalTalbot effect in fiber gratings and its applications.Appl.Opt,1999,38(32):6700-6704.)中验证了对周期脉冲串使用线性啁啾光栅可以实现时域上的塔尔伯特效应。在该技术中通过由线性啁啾光栅提供必需的色散量，实现时间上的周期脉冲串自成像效应，此外该技术还可被应用于光纤色散系数的测量以及倍频产生。

(S.Longhi,M.Marano,P.Laporta,et al.“40-GHz pulse-train generation at1.5μm with a chirped fiber grating as a frequency multiplier”.Optics Letters,2000,25(19):1481-1483.)中提出了应用分数阶塔尔伯特效应使低重复率的脉冲串变为高重复频率脉冲串。在该技术中，将使用啁啾布拉格光栅提供所需时域分数阶塔尔伯特效应的色散量，使得由锁模激光器输入的低重复频率脉冲串在经历啁啾布拉格光栅后实现分数阶塔尔伯特效应，获得重复频率增加的新脉冲串。新脉冲串形状与原脉冲串相同，因此根据能量守恒，新脉冲串的脉冲幅度有所降低，在输出端使用掺铒光纤放大器进行放大输出。这种技术使用啁啾布拉格光栅代替色散光纤提供高额色散量，并且对于随着对高重复频率脉冲激光器的需求提升，可由低重复频率的锁模激光器经过该装置得到提供了极大的便利。

(S.Tainta,M.J.Erro,M.J.Garde,et al,“Temporal self-imaging effect forperiodically modulated trains of pulses”.Optics Express,2014,22(12):15251.)中提出了基于分数阶塔尔伯特效应的任意波形产生。在该技术中，使用相位调制器和电光调制器，一串脉冲串的幅度和相位受到周期调制。调制后的脉冲串在具有特定色散量的色散光纤中经历分数阶塔尔伯特效应，而输出的脉冲串的包络是相位调制和幅度调制系数的离散傅里叶变换。因此根据所需的信号波形傅里叶变换的数值，通过幅度调制以及相位调制即可通过该方法获得任意波形。然而该方法存在输出信号频率倍增的问题，即输出信号的周期相对于幅度调制、相位调制的周期减小，减小量与调制周期有关。

针对以上技术问题，故需对其进行改进。