[发明专利]基于整数阶时域Talbot效应的任意波形产生装置及其方法

说明书

本发明涉及信号处理和信号产生领域，具体为一种基于整数阶时域Talbot效应的任意波形产生装置，射频信号发生器与推挽式马赫‑曾德尔调制器连接；窄线宽连续光激光器产生的高斯光脉冲序列与射频信号发生器产生的周期模拟射频信号同时加入推挽式马赫‑曾德尔调制器；高斯光脉冲序列对周期模拟射频信号采样获得周期模拟射频信号瞬时频率的周期光脉冲序；周期光脉冲序列进入一阶色散系数满足整数阶时域Talbot效应的色散光纤；经色散光纤输出光脉冲序列。本发明根据输出的光脉冲序列与输入的周期模拟射频信号之间的关系，产生预期理想的输出时间波形。

技术领域

本发明涉及信号处理和信号产生领域，具体涉及一种基于整数阶时域Talbot效应的任意波形产生装置及其方法。

背景技术

随着科学信息技术不断地高速发展，相应地，获得高效的信号产生和处理的方式也成了当务之急。可编程包络的高速光脉冲序列在全光信号的处理、任意波形的产生也有了很大的应用场景。传统的逐行脉冲频谱整形往往受限于光学器件的光谱分辨率。由于现代光学器件最高频谱分辨率是10GHZ，因此在处理10GHZ以下的光脉冲的过程是十分困难的；而利用高速电光调制器和宽带任意波形发生器结合的系统结构来产生任意时间波形具有能源利用率不高的缺点，相同地，这种结构也会因为电光调制器带宽受限而影响信号的处理和产生。

18世纪Talbot发现空间衍射中存在自成像现象，即一束相干光传输通过一个周期性的光栅，在距离光栅一定距离处会生成与光栅相同的图样，并且这些特殊的位置呈周期性分布。根据时空对偶性，我们发现在时间域也存在Talbot效应，一个重复周期的高斯光脉冲序列经过特定大小的色散光纤，它可以输出与输入信号相同或者输出增加脉冲重复率的周期信号，且单个脉冲序列的特征保持不变，即时域Talbot效应。其中，时域Talbot效应分为整数阶和分数阶效应。整数阶是对输入信号的复制，而分数阶效应具有增加输入光脉冲序列重复频率的作用。该系统具有结构配置简单，易操作的优势，更重要的是该结构的能量利用率较高，损耗较低。2019年香港的Chaster Shu提出在分数阶时域Talbot效应的结构中，将一个重复周期的光脉冲序列经过离散信号调制，接着通过一个满足分数阶Talbot效应的色散光纤，最后输出的光脉冲的振幅由调制信号的振幅决定，即调制信号的离散傅里叶变换与输出信号的振幅成比例，且输出的光脉冲序列重复频率增加整数倍，这对任意波形的产生具有重要的意义。

本发明提出了一种基于整数阶时域Talbot效应的任意波形产生装置，它是在整数阶时域Talbot效应的结构下，利用高斯光脉冲序列对周期模拟射频信号产生的输入模拟信号进行采样，经过一阶色散系数满足整数阶时域Talbot效应的色散光纤后输出的光脉冲序列是周期的，每个周期内的高斯脉冲沿着所在周期内的中心位置对称，且每对光脉冲距离中心位置的距离与输入模拟信号的频率大小有关，每个周期内脉冲幅值又由输入模拟信号的幅度决定。根据输入模拟信号与系统输出脉冲的波形之间的关系，利用高斯脉冲串对周期模拟射频信号产生的输入模拟信号进行采样，然后经过一阶色散系数与采样周期有关的色散光纤，系统输出脉冲的时间间隔可以变为原来的分数倍，这解决了由于光脉冲序列速率过高调制难的问题，在较低速率下输出预想的高速光脉冲时间波形。利用这种系统结构对任意时间波形产生具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中光脉冲速率过快，调制预期信号困难的问题，提出了一种基于整数阶时域Talbot效应的任意波形产生装置及其方法。本发明提供一种采用光子学的方法去产生任意预编码的时间波形，应用于信号的处理和信号的产生中，能提高信号的能量利用率，降低损耗。本发明通过对周期模拟射频信号采样，然后经过满足整数阶时域Talbot效应的色散光纤。根据周期模拟射频信号的频率和幅度分别与系统输出的光脉冲序列所处位置和幅值之间的关系进行任意时间波形的预编码，同时系统输出脉冲的重复频率变为原来的整数倍，获得高速率的输出信号。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：