本發(fā)明屬于光信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器。

背景技術(shù)：

全光通信是指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內(nèi)進行，而且其在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的交換則使用高可靠、大容量和高度靈活的光交叉連接設(shè)備。在全光網(wǎng)絡(luò)中，由于無需電信號的處理，所以允許存在不同的協(xié)議和編碼，使信息傳輸具有透明性。在信號處理時，很多時候用模擬方法很難處理，但是用數(shù)字方式處理非常容易,這樣就需要把模擬信號進行采樣，也就是a/d轉(zhuǎn)換,變成數(shù)字信號，再進行數(shù)字信號處理。而對模擬信號進行抽樣也有利于降低采樣速率，便于降低數(shù)字處理所消耗的資源，提高處理速度。

光纖近30thz的巨大潛在帶寬容量，使光纖通信成為支撐通信業(yè)務(wù)量增長最重要的技術(shù)?，F(xiàn)階段采用時分復(fù)用單波長的光纖傳輸系統(tǒng)容量已達10gbit/s，再提高系統(tǒng)速率就會產(chǎn)生技術(shù)和經(jīng)濟上的問題。人們普遍認(rèn)為波分復(fù)用是充分利用光纖低損耗區(qū)30thz帶寬的一種可行技術(shù)，可以打破單個波長系統(tǒng)帶寬的限制，是提高光纖容量的一種有效途徑。但是光纖傳輸系統(tǒng)速率的提高也帶來了一個新的問題。在這種高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中，如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處仍以電信號處理信息的速度進行交換，就會受到所謂“電子瓶頸”(10gbps)的限制，節(jié)點將變得龐大而復(fù)雜，超高速傳輸所帶來的經(jīng)濟效益將被昂貴的光/電和電/光轉(zhuǎn)換費用所抵消。為了解決這一問題，人們提出了全光網(wǎng)aon(allopticalnetwork)的概念。全光通信網(wǎng)，又稱寬帶高速光聯(lián)網(wǎng)，它以波長路由光交換技術(shù)和波分復(fù)用傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，在光域上實現(xiàn)信息的高速傳輸和交換，數(shù)據(jù)信號從源節(jié)點到目的節(jié)點的整個傳輸過程中始終使用光信號，在各節(jié)點處無光/電、電/光轉(zhuǎn)換。全光網(wǎng)，從原理上講就是網(wǎng)中直到端用戶節(jié)點之間的信號通道仍然保持著光的形式，即端到端的全光路，中間沒有光電轉(zhuǎn)換器。這樣，網(wǎng)內(nèi)光信號的流動就沒有光電轉(zhuǎn)換的障礙，信息傳遞過程無需面對電子器件處理信息速率難以提高的困難。

抽樣是把模擬信號以其信號帶寬2倍以上的頻率提取樣值,變?yōu)樵跁r間軸上離散的抽樣信號的過程，是信號在時間上的離散化，即按照一定時間間隔△t在模擬信號x(t)上逐點采取其瞬時值；也就是在涉及連續(xù)時間信號時，先以適當(dāng)?shù)念l度從中抽取其在各時刻的數(shù)值，形成相應(yīng)的離散時間信號，然后進行處理的一個過程；它是通過采樣脈沖和模擬信號相乘來實現(xiàn)的。而信號抽樣就需要涉及到抽樣器，一種將連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為離散模擬信號的器件，它是全光通信技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵器件之一。通過信號抽樣，用數(shù)字方式處理模擬信號，離散信號與整個系統(tǒng)就具備了以下優(yōu)點：信號穩(wěn)定性好，因為數(shù)據(jù)采用了二進制表示，收到外界影響?。恍盘柨煽啃愿?，存儲無損耗，傳輸抗干擾；信號處理簡便，可以進行信號壓縮、信號編碼、信號加密等處理；整個系統(tǒng)精度高，通過增加字長提高了系統(tǒng)精度；整個系統(tǒng)靈活性高，蓋板系統(tǒng)的系數(shù)使得系統(tǒng)完成不同的功能。

傳統(tǒng)技術(shù)中，電纜傳輸模擬信號，抽樣大都采用電抽樣，針對傳輸中的電流信號或電阻信號進行抽樣，如高頻局放，利用電磁感應(yīng)的原理，將高頻ct套在電纜屏蔽層接地端，去該處的電流信號，來測試電纜的絕緣水平。但這種采用電抽樣器抽樣的方法能使用的待測脈沖信號的帶寬受限，不能適應(yīng)不斷加大的帶寬。而隨著科技的不斷發(fā)展，待測脈沖信號的帶寬在持續(xù)不斷地加大，傳統(tǒng)的電抽樣方法已經(jīng)不能滿足高速脈沖波形測量的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)電抽樣器的抽樣速率小和有效輸入帶寬低的問題，提供一種基于馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種全光抽樣器，包括：連續(xù)激光器，產(chǎn)生連續(xù)的信號光；光調(diào)制器，通過射頻信號驅(qū)動，與信號光結(jié)合來調(diào)制模擬射頻信號，形成連續(xù)的模擬信號光；偏振控制器，用于控制模擬信號光的偏振狀態(tài)；第一耦合器，將模擬信號光按比例分配成兩路；馬赫-曾德爾干涉儀，馬赫-曾德爾干涉儀的第一干涉臂、第二干涉臂分別接收經(jīng)第一耦合器分配的兩路模擬信號光；第二耦合器，用于接收馬赫-曾德爾干涉儀輸出的模擬信號光，進行耦合后輸出抽樣信號光。模擬信號光采用低功率的毫瓦級。本發(fā)明利用全光脈沖波形測量技術(shù)，突破電抽樣的帶寬限制。

進一步，還包括依次連接的第一波分復(fù)用器和第二波分復(fù)用器；

設(shè)置一泵浦脈沖，第一波分復(fù)用器，將泵浦脈沖和和第一耦合器分配的其中一路模擬信號光復(fù)用成一個光信號進行傳輸；第二波分復(fù)用器，將光信號中的泵浦脈沖分離，僅輸出模擬信號光；所述光信號從第一波分復(fù)用器到第二波分復(fù)用器的傳輸通過馬赫-曾德爾干涉儀實現(xiàn)。泵浦脈沖采用高功率的單位為瓦級的泵浦脈沖。

更進一步，所述馬赫-曾德爾干涉儀的第一接收臂采用高非線性光纖，用于接收第一波分復(fù)用器的光信號后，將光信號傳輸給第二波分復(fù)用器。

更進一步，所述馬赫-曾德爾干涉儀的第二接收臂采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。

更進一步，所述高非線性光纖的非線性系數(shù)γ為：30.2/w·km,光纖環(huán)長度l為：18m。

更進一步，所述標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的長度為18m。

進一步，還包括光隔離器，設(shè)置于光調(diào)制器與偏振控制器之間，用于隔斷反方向傳輸?shù)墓庑盘枴?/p>

進一步，還包括吸收光池，所述吸收光池與第一耦合器連接。進一步，所述連續(xù)激光器采用半導(dǎo)體激光器，也就是激光二極管ld。吸收光池用來吸收發(fā)射回來的光信號。

進一步，所述第一耦合器將模擬信號光按1:1比例分配。

進一步，所述連續(xù)信號光的光源波長1550nm，功率為1mw。

進一步，所述泵浦脈沖的光信號波長1545nm，峰值功率為6.6w。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的全光抽樣器利用泵浦光對模擬信號光交叉相位調(diào)制效應(yīng)，通過改變兩個干涉臂上信號的相位差，從而改變信號的透射率；使得有泵浦光時，信號光透過；沒有泵浦光時，信號透射率為0，實現(xiàn)了對信號光的抽樣。傳統(tǒng)的光開關(guān)器件其開關(guān)功率峰值功率上千瓦，本發(fā)明的全光抽樣器具有信號光功率低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作性強等優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為一種基于馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為對信號抽樣前的模擬信號；

圖3為對信號抽樣后前的離散信號。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例作詳細(xì)說明。

實施例1

本實施例公開了一種全光抽樣器，包括：連續(xù)激光器1，產(chǎn)生連續(xù)的信號光；光調(diào)制器2，通過射頻信號驅(qū)動，與信號光結(jié)合來調(diào)制模擬射頻信號，產(chǎn)生連續(xù)的模擬信號光；偏振控制器5，用于控制模擬信號光的偏振狀態(tài)；第一耦合器6，將低功率的模擬信號光按比例分配；馬赫-曾德爾干涉儀，馬赫-曾德爾干涉儀的兩個干涉臂分別接收經(jīng)第一耦合器6分配的模擬信號光；第二耦合器10，用于接收馬赫-曾德爾干涉儀輸出的模擬信號光，進行耦合后輸出抽樣信號光。

結(jié)合圖1中所示，全光抽樣器的連接關(guān)系具體為連續(xù)激光器1與通過射頻信號驅(qū)動的光調(diào)制器2的a端連接，光調(diào)制器2的b端與偏振控制器5的e端連接，偏振控制器5的f端與第一耦合器6的g1端連接，第一耦合器6的g3端、g4端通過馬赫-曾德爾干涉儀的兩個干涉臂實現(xiàn)與第二耦合器10的k1端、k2端連接，通過第二耦合器10的k4端輸出抽樣信號光。光調(diào)制器，

作為一個優(yōu)選的分配比例，第一耦合器6對模擬信號光按1:1比例分配。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對信息的需求急劇增加，信息量呈指數(shù)增長，僅internet用戶需要傳送的信息比特速率每年就增加8倍。通信業(yè)務(wù)需求的迅速增長對通信容量提出越來越高的要求。本實施例利用馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器。

馬赫-曾德爾干涉儀兩個干涉臂中的這兩個光支路采用的材料是電光性材料，其折射率隨外部施加的電信號大小而變化。由于光支路的折射率變化會導(dǎo)致信號相位的變化，當(dāng)兩個支路信號調(diào)制器輸出端再次結(jié)合在一起時，合成的光信號將是一個強度大小變化的干涉信號，相當(dāng)于把電信號的變化轉(zhuǎn)換成了光信號的變化，實現(xiàn)了光強度的調(diào)制。簡而言之，該調(diào)制器通過控制其偏置電壓，可以實現(xiàn)不同邊帶的調(diào)制。

本實施例中的連續(xù)信號光連續(xù)信號光源采用的功率為毫瓦級別的。如連續(xù)信號光源波長1550nm，功率為1mw。

實施例2

與實施例1不同的是，本實施例的全光抽樣器還包括依次連接的第一波分復(fù)用器7-1和第二波分復(fù)用器7-2；第一波分復(fù)用器7-1，將高功率泵浦脈沖和弱連續(xù)模擬信號光復(fù)用成一個光信號進行傳輸；第二波分復(fù)用器7-2，將光信號中的泵浦脈沖分離，僅輸出弱連續(xù)模擬信號光；所述光信號通過馬赫-曾德爾干涉儀的干涉臂實現(xiàn)傳輸。

結(jié)合附圖1所示，第一波分復(fù)用器7-1的h1端與第一耦合器6的g3端連接，第一波分復(fù)用器7-1的h2端引入泵浦脈沖，第一波分復(fù)用器7-1的h3端與馬赫-曾德爾干涉儀的第一干涉臂一端連接，第一干涉臂另一端與第二波分復(fù)用器7-2的j1端連接，第二波分復(fù)用器7-2的j2端與第二耦合器10的k1端連接。

泵浦光采用功率為瓦級別的高功率，如泵浦脈沖的光信號波長1545nm，峰值功率為6.6w。信息從高功率的泵浦脈沖中轉(zhuǎn)移到低功率的連續(xù)的低功率信號光上。

馬赫—曾德干涉儀(mach-zehnder；inter-ferometer)是用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉的儀器。基于馬赫-曾德爾干涉儀的高速光開關(guān)結(jié)構(gòu)具有非線性效應(yīng)明顯、體積小便于集成化、抽樣結(jié)果一致性較好等優(yōu)點，能實現(xiàn)解析度達數(shù)十飛秒級的全光抽樣。利用馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器依靠非線性交叉相位來調(diào)制效用，通過脈沖序列來控制連續(xù)模擬信號的關(guān)、斷，從而實現(xiàn)抽樣。與傳統(tǒng)的電抽樣器比，具有速度快、噪聲小、能有效避免回波干擾等優(yōu)點，易于與光纖集成，能應(yīng)用于高速通信。

實施例3

與實施例2不同的是，馬赫-曾德爾干涉儀的第一干涉臂采用高非線性光纖8。高非線性光纖8的非線性系數(shù)γ為：30.2/w·km,光纖環(huán)長度l為：18m。

馬赫-曾德爾干涉儀的第二干涉臂實現(xiàn)第一耦合器6的g4端與第二耦合器10的k2端的連接，第二干涉臂采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖9。標(biāo)準(zhǔn)單模光纖9的長度為18m。

實施例3

與實施例1或2或3不同的是，本實施例的全光抽樣器還包括吸收光池4，所述吸收光池4與第一耦合器6連接。

結(jié)合附圖1，吸收光池4與第一耦合器6的g2端連接。

實施例4

與實施例3不同的是，本實施例的全光抽樣器還包括光隔離器3，設(shè)置于光調(diào)制器2與偏振控制器5之間，用于隔斷反方向傳輸?shù)墓庑盘枴?/p>

結(jié)合圖1所示，光隔離器3的c端、d端分別與光調(diào)制器2的b端、偏振控制器5的e端連接。

第一耦合器6、第二耦合器10采用四端口結(jié)構(gòu)。

本實施例的基于馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器,其實現(xiàn)原理為：連續(xù)激光器1作為連續(xù)信號光源產(chǎn)生連續(xù)信號光，連續(xù)信號光進入由射頻信號驅(qū)動的光調(diào)制器2的a端，光調(diào)制器2的b端與光隔離器3的c端相連，光隔離器3的d端與偏振控制器的e端連接，偏振控制器的f端與四端口的第一耦合器6的g1端連接，四端口的第一耦合器6的g2端連接到吸收光池4，四端口的第一耦合器6的g3端與波分復(fù)用器7-1端口h1連接，高功率泵浦脈沖從波分復(fù)用器7-1端口h2引入，波分復(fù)用器7-1端口h3與高非線性光纖8的i端連接，高非線性光纖8份j端與波分復(fù)用器7-2的j1端口連接，泵浦脈沖從波分復(fù)用器7-2的j3端口分離出去，波分復(fù)用器7-2的j2端口與第二耦合器10的k1端口連接，第一耦合器6的g4端口通過標(biāo)準(zhǔn)單模光纖9與第二耦合器10的k2端口連接。本發(fā)明中利用泵浦光對弱信號光交叉相位調(diào)制效應(yīng)，改變兩個干涉臂上信號的相位差，從而改變信號的透射率，使得有泵浦光時，信號透過，沒有泵浦光時，信號透射率為0，實現(xiàn)對信號的抽樣。抽樣信號從耦合器的k4端口輸出。

本發(fā)明構(gòu)造了基于馬赫-曾德爾干涉儀的全光抽樣器，其利用信號光源、光調(diào)制器、光隔離器、馬赫-曾德爾干涉儀、波分復(fù)用器、非線性光纖、標(biāo)準(zhǔn)單模光纖等將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散信號，實現(xiàn)了抽樣。附圖中，圖2為對信號抽樣前的模擬信號圖；圖3為對信號抽樣后前的離散信號。

本發(fā)明的全光抽樣器應(yīng)用到全光通信中，以波長路由光交換技術(shù)和波分復(fù)用傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，在光域上實現(xiàn)信息的高速傳輸和交換，數(shù)據(jù)信號從源節(jié)點到目的節(jié)點的整個傳輸過程中始終使用光信號，避免了傳統(tǒng)光纖網(wǎng)的電中繼，能通過波長選擇性器件實現(xiàn)路由選擇，信號透明性，數(shù)據(jù)速率透明和信號格式透明，采用端到端采用透明光通路連接，沿途沒有光電轉(zhuǎn)換與存儲，網(wǎng)中許多光器件都是無源的，便于維護、可靠性高，抽樣速度快，實用高的優(yōu)點。

本實施例的全光抽樣器利用泵浦光對弱信號光交叉相位調(diào)制效應(yīng)，通過改變兩個干涉臂上信號的相位差，從而改變信號的透射率；使得有泵浦脈沖輸入時，信號光透過；沒有泵浦脈沖輸入時，信號透射率為0，實現(xiàn)了對信號光的抽樣，具有泵浦脈沖信號傳輸光功率低(信息從高功率的泵浦脈沖中轉(zhuǎn)移到低功率的連續(xù)的低功率信號光上)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作性強等優(yōu)勢。

以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例及原理進行了詳細(xì)說明，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，依據(jù)本發(fā)明提供的思想，在具體實施方式上會有改變之處，而這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。