光谱测量方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光谱测量方法。该方法利用光频梳调制器将具有固定频率及相位的微波信号调制到由窄线宽光源输出的光信号上，生成具有N根梳齿的光频梳；对于所述光频梳的每一根梳齿，分别以其作为光载波，利用基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法测量出待测光信号在该梳齿所对应频带内的频谱；将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。本发明专利技术还公开了一种光谱测量装置。本发明专利技术利用光频梳通道化技术，产生多个连续频带的光载波，可在确保测量分辨率的前提下，大幅度扩展测量范围；本发明专利技术还进一步利用并行方式大幅提高测量效率，并利用+2阶光单边带扫频信号将单个通道的测量范围拓展一倍，进一步提升了测量带宽。

Spectral measuring method and apparatus

The invention discloses a spectrum measuring method. The method of using optical frequency comb modulator with fixed frequency and phase modulated microwave signal to the optical signal with narrow linewidth light output on the optical frequency comb generated with N comb root; for the root of each comb comb, respectively as the optical carrier, using spectral measurement of micro wave sweep the frequency source and the coherent photoelectric detection signal corresponding to the measured optical spectrum in the frequency band based on the comb comb; the corresponding spectrum combination band, broadband frequency spectrum of the optical signal to be obtained. The invention also discloses a spectrum measuring device. The invention uses optical frequency comb channel technology, which generates a plurality of continuous band optical carrier, in the premise to ensure the resolution, greatly expand the scope of measurement; the invention also further improve measuring efficiency by using parallel mode, and the use of +2 order optical single sideband frequency sweep signal measurement range of single channel expansion as to further enhance the measurement bandwidth.

【技术实现步骤摘要】
光谱测量方法、装置
本专利技术涉及一种光谱测量方法、装置，属于微波光子学

技术介绍
随着光子技术的飞速发展，近年来不断涌现的宽带业务、不断提高的服务质量要求、以及不断指数增长的接入设备，使得光纤宽带网络成为一个重点发展内容。密集波分复用技术(DenseWavelengthDivisionMultiplexing，DWDM)以及其它高速调制技术的发展及应用成为必然趋势。然而，随之带来的是光信息系统单个信道的带宽(或频谱复用的粒度)越来越小，例如：下一代光接入网标准之一超密集波分复用无源光网络(UDWDM-PON)的信道间隔为GHz量级；光频分正交复用(OFDM)系统子载波带宽通常在百MHz量级；微波光子系统则要求能分辨数十MHz间隔的无线信道，传统的光谱仪器分辨率远大于上述精度，迫切需要亚皮米(1pm＝10-12m)甚至是飞米(1fm＝10-15m)量级分辨率的光谱仪等高性能的光学参数检测仪器设备。在超宽波长范围调谐激光器(TLS)技术成熟后，相干光学频谱分析技术(COSA)得到发展，通过作为本振光的扫描激光器的波长扫描，利用波动光学中的干涉原理得到待测信号光与本振光之间的一系列相干图谱，然后通过信号处理手段基于已知的本振光参数得到待测信号光的频谱。法国APEX公司已研制成功分辨率最高可达5MHz(0.04pm)的相干光谱仪。为了进一步提高分辨率，有研究者提出了一种基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法[BeibeiZhu,MinXue,ShilongPan,“OpticalSpectrumAnalysiswithaResolutionof6fmBasedonaFrequency-SweptMicrowave-PhotonicSource”Conference:2017OpticalFiberCommunicationConference(OFC),paperM3J.5]，该方法将传统相干光谱分析仪在光域的扫频操作搬移到电域进行，不仅消除了激光器扫频非线性和低扫频精度的影响，而且受益于高精细的电频谱扫描和分析技术，使该装置大幅度地提高了测量分辨率，理论上可以达到Hz量级。图1是典型的基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量装置的结构示意图，主要包括主控单元、窄线宽激光器、微波扫频源、光单边带调制器、90度光混频器、平衡光探测器及模数转换单元。其工作原理如下：首先，利用宽带光单边带调制器将微波扫频源输出的微波信号调制到窄线宽激光器输出的光载波上，生成抑制载波的光单边带扫频信号(本振信号)；然后，利用90度光混频器将待测光信号和本振信号混频，产生四路差分信号，随后使用两个平衡光电探测器对以上四路光信号进行平衡光电探测，输出携带本振信号频率处待测光信号信息的窄带电信号；最后，利用模数转换单元将模拟电信号转换为数字信号，主控单元以微波扫频源的输出为参考，利用幅度提取算法进行数据处理。虽然该测量装置具有无与伦比的测量精度(理论上可达到与电频谱分析技术相同的精度)，但受微波扫频源扫频带宽(约为40GHz)限制，只能测得光载频处约40GHz带宽范围内光信号的频谱，且测量速度较慢，难以捕捉动态信号。测量范围过小、速度过慢是该技术走向实用的最大障碍，当前尚未有有效解决方案的报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量技术所存在的测量范围过小的缺陷，提供一种光谱测量方法、装置，可在确保测量分辨率的前提下，大幅度提高测量范围。本专利技术光谱测量方法，利用光频梳调制器将具有固定频率及相位的微波信号调制到由窄线宽光源输出的光信号上，生成具有N根梳齿的光频梳；对于所述光频梳的每一根梳齿，分别以其作为光载波，利用基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法测量出待测光信号在该梳齿所对应频带内的频谱；将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。优选地，所述基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法具体如下：将微波扫频信号调制到所述光载波上，生成抑制载波的光单边带扫频信号；然后，以所述抑制载波的光单边带扫频信号作为本振信号，利用90度光混频器将待测光信号和本振信号混频，产生四路差分信号；随后使用两个平衡光电探测器对四路差分信号进行平衡光电探测，输出携带本振信号频率处待测光信号信息的窄带电信号；最后，将所述窄带电信号转换为数字信号，以微波扫频源的输出为参考，利用幅度提取算法对所述数字信号进行处理，得到本振信号频率处的待测光信号频谱。为了进一步提高测量范围，优选地，所述抑制载波的光单边带扫频信号为+2阶光单边带扫频信号。优选地，利用并行方式同时测量出待测光信号在各梳齿所对应频带内的频谱。根据相同的专利技术思路还可以得到本专利技术的光谱测量装置，包括：光载波生成单元，其包括窄线宽光源、光频梳调制器、微波源，用于将微波源所输出的具有固定频率及相位的微波信号调制到由窄线宽光源输出的光信号上，生成具有N根梳齿的光频梳；光谱测量单元，对于所述光频梳的每一根梳齿，分别以其作为光载波，利用基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法测量出待测光信号在该梳齿所对应频带内的频谱；并将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。作为该装置的一个优选实施例，所述光载波生成单元还包括可将所述光频梳中任一梳齿滤出的光子滤波器；所述光谱测量单元包括：微波扫频源，用于输出微波扫频信号；光单边带调制器，用于将微波扫频信号调制到光载波生成单元输出的光载波上，生成抑制载波的光单边带扫频信号；90度光混频器，用于以所述抑制载波的光单边带扫频信号作为本振信号，将待测光信号和本振信号混频，产生四路差分信号；两个平衡光电探测器，用于对90度光混频器输出的四路差分信号进行平衡光电探测，输出携带本振信号频率处待测光信号信息的窄带电信号；模数转换单元，用于将平衡光电探测器输出的窄带电信号转换为数字信号；主控单元，用于以微波扫频源的输出为参考，利用幅度提取算法对所述数字信号进行处理，得到本振信号频率处的待测光信号频谱，并将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。作为该装置的另一个优选实施例，所述光载波生成单元还包括光波分复用器，用于将所述光频梳的N根梳齿分为N路光载波并行输出；所述光谱测量单元包括：微波扫频源，用于输出微波扫频信号；功分器，用于将微波扫频源输出的微波扫频信号等分为N路；N个光单边带调制器，用于将功分器输出的N路微波扫频信号一一对应地调制到所述N路光载波上，生成N路抑制载波的光单边带扫频信号；光分束器，用于将待测光信号分为N路输出；N个90度光混频器，与N个光单边带调制器一一对应，每个90度光混频器用于以其所对应光单边带调制器输出的抑制载波的光单边带扫频信号作为本振信号，将一路待测光信号和本振信号混频，产生四路差分信号；2N个平衡光电探测器，每两个平衡光电探测器与一个90度光混频器相对应，用于对该90度光混频器输出的四路差分信号进行平衡光电探测，输出携带本振信号频率处待测光信号信息的窄带电信号；模数转换单元，用于将平衡光电探测器输出的窄带电信号转换为数字信号；主控单元，用于以微波扫频源的输出为参考，利用幅度提取算法对所述数字信号进行处理，得到本振信号频率处的待测光信号频谱，并将各梳齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
光谱测量方法，其特征在于，利用光频梳调制器将具有固定频率及相位的微波信号调制到由窄线宽光源输出的光信号上，生成具有N根梳齿的光频梳；对于所述光频梳的每一根梳齿，分别以其作为光载波，利用基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法测量出待测光信号在该梳齿所对应频带内的频谱；将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。

【技术特征摘要】
1.光谱测量方法，其特征在于，利用光频梳调制器将具有固定频率及相位的微波信号调制到由窄线宽光源输出的光信号上，生成具有N根梳齿的光频梳；对于所述光频梳的每一根梳齿，分别以其作为光载波，利用基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法测量出待测光信号在该梳齿所对应频带内的频谱；将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法具体如下：将微波扫频信号调制到所述光载波上，生成抑制载波的光单边带扫频信号；然后，以所述抑制载波的光单边带扫频信号作为本振信号，利用90度光混频器将待测光信号和本振信号混频，产生四路差分信号；随后使用两个平衡光电探测器对四路差分信号进行平衡光电探测，输出携带本振信号频率处待测光信号信息的窄带电信号；最后，将所述窄带电信号转换为数字信号，以微波扫频源的输出为参考，利用幅度提取算法对所述数字信号进行处理，得到本振信号频率处的待测光信号频谱。3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述抑制载波的光单边带扫频信号为+2阶光单边带扫频信号。4.如权利要求1～3任一项所述方法，其特征在于，利用并行方式同时测量出待测光信号在各梳齿所对应频带内的频谱。5.光谱测量装置，其特征在于，包括：光载波生成单元，其包括窄线宽光源、光频梳调制器、微波源，用于将微波源所输出的具有固定频率及相位的微波信号调制到由窄线宽光源输出的光信号上，生成具有N根梳齿的光频梳；光谱测量单元，对于所述光频梳的每一根梳齿，分别以其作为光载波，利用基于微波扫频源和相干光电探测的光谱测量方法测量出待测光信号在该梳齿所对应频带内的频谱；并将各梳齿所对应频带内的频谱组合，得到待测光信号的宽带频谱。6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述光载波生成单元还包括可将所述光频梳中任一梳齿滤出的光子滤波器；所述光谱测量单元包括：微波扫频源，用于输出微波扫频信号；光单边带调制器，用于将微波扫频信号调制到光载波生成单元输出的光载波上，生成抑制载波的光单边带扫频信号；90度光混频器，用于以...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛敏，朱贝贝，潘时龙，曹源，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32