基于时间透镜的光学傅里叶变换的研究

论文摘要

由于传统的电子技术受瞬时带宽和响应速率的限制,如何快速的实现宽带射频信号的频谱检测是近年来的研究热点。微波光子学应运而生,光学傅里叶变换可以在微秒或者纳秒量级的时间内实现信号的时频互换,为实时测频提供了新的方案。在实现光学傅里叶变换的多种方案中,基于时间透镜的光学傅里叶变换系统,结构简单,性能稳定,受到广泛关注。但是单纯的使用时间透镜的光学傅里叶变换系统能够获得的频谱分辨率较低,不能满足实际频谱分析的需要。本文为实现高分辨率的频谱分析,提出时间压缩技术对信号进行预处理。受时间拉伸技术的启发,先把射频信号调制到啁啾光脉冲上,然后利用光纤的色散补偿作用使信号在时域被压缩,相应地频谱得到展宽,压缩后的信号再经过时间透镜系统进行频谱检测,这样就可以用相同精度的频谱检测系统获得更好的分辨率。本文主要工作如下:(1)基于时空对应原理,深入分析了时间透镜原理。基于傅里叶变换的原理,提出一种时间压缩技术,通过对射频信号进行时间压缩,实现频谱的展宽,等效提高了光学傅里叶变换的频谱分辨率。(2)为避免原始啁啾脉冲对信号的干扰,需要将压缩后的信号重新加载到光载波上进行光学傅里叶变换。但压缩后射频信号的带宽过宽,不能使用现有光电探测器和调制器直接实现调制。本文基于高非线性光子晶体光纤的交叉相位调制效应,将压缩后的射频信号加载到目标光载波上,仿真实现了高速信号的全光调制。(3)通过仿真搭建了基于时间压缩技术和时间透镜的频谱检测系统,压缩后的射频信号经过交叉相位调制效应加载到时间透镜系统中,最后采用双色散模型实现信号的光学傅里叶变换,在输出信号的时域直接得到了原始信号的频谱信息,有效提高了频谱分辨率。研究结论表明,该方案可以在一个光脉冲的周期内,实现44MHz频谱检测精度,相比于现有的光学傅里叶变换系统的分辨率而言,系统性能得到大幅度改善,具有广阔的应用前景。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈亚茹

导师: 谭中伟

关键词: 光学傅里叶变换,时间透镜,时间压缩,频谱测量,交叉相位调制

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 北京交通大学

分类号: O438.2

总页数: 89

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