一種光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全光信號處理技術(shù)，特別涉及一種光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 全光信號處理相對于傳統(tǒng)電信號處理具有許多顯著的優(yōu)勢，能夠全面突破電信號 處理在處理速率、帶寬等核心技術(shù)方面的瓶頸，基于全光信號處理技術(shù)的各種運(yùn)算及數(shù)學(xué) 變換在不同領(lǐng)域有著各自獨(dú)特的作用。其中，微分運(yùn)算是微積分計算中最重要的基礎(chǔ)運(yùn)算， 微分運(yùn)算可以用來描述一個信號的局部變化率，計算極短時間內(nèi)信號值的變化規(guī)律。光學(xué) 微分運(yùn)算能夠被應(yīng)用于全光數(shù)值計算、光學(xué)計量、光通訊及光傳感等領(lǐng)域。希爾伯特變換也 被稱為正交濾波或者寬帶n移相器，希爾伯特變換是將一個信號與希爾伯特算子做卷積， 通過希爾伯特變換，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時信號提取，完成短信號或者復(fù)雜信號的瞬時計算，因此， 希爾伯特變換在信號處理領(lǐng)域具有十分重要的地位。光學(xué)希爾伯特變換能夠應(yīng)用于微波光 子通訊中對光信號單邊帶調(diào)制、矢量調(diào)制、頻率測量、光學(xué)加密等方面。
[0003] 對各種光學(xué)器件的特殊設(shè)計，可以分別實現(xiàn)光學(xué)希爾伯特變換或微分運(yùn)算。在實 現(xiàn)全光希爾伯特變換功能方面，加拿大國立科學(xué)研究院利用采樣光纖光柵，在子光柵之間 加入了相移，改變輸入光信號的頻譜相位；加拿大渥太華大學(xué)利用布拉格光纖光柵作為器 件，采用離散剝層算法構(gòu)建了特殊結(jié)構(gòu)的光纖光柵，使光柵的沖激響應(yīng)與希爾伯特變換一 致，實現(xiàn)了希爾伯特變換功能。在實現(xiàn)全光微分運(yùn)算功能方面，加拿大麥吉爾大學(xué)利用長周 期光纖光柵和采樣光纖光柵先后實現(xiàn)了對任意窄帶光信號的微分運(yùn)算；上海交通大學(xué)研制 了微環(huán)諧振器實現(xiàn)了微分運(yùn)算；武漢華中科技大學(xué)利用半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制實 現(xiàn)了微分運(yùn)算。
[0004] 然而，現(xiàn)有的系統(tǒng)只能單獨(dú)實現(xiàn)希爾伯特變換或者微分運(yùn)算一種功能，功能單一。 本發(fā)明根據(jù)希爾伯特變換與微分運(yùn)算的共性與差異，利用同一套系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)希爾伯 特變換，又可以實現(xiàn)微分運(yùn)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是針對現(xiàn)有光學(xué)希爾伯特變換器或者光學(xué)微分運(yùn)算器功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜 的問題，提出了一種光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，通過利用擴(kuò)束器改變光束光斑大 小調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)光學(xué)微分和光學(xué)希爾伯特變換功能。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，包括光纖環(huán)行器、 準(zhǔn)直器、擴(kuò)束器組、閃耀光柵、雙凸透鏡和具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡，光信號從光纖環(huán)行器第 一端口輸入，從第二端口射出進(jìn)入準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器射出光經(jīng)過組合擴(kuò)束器調(diào)整光束大小后， 入射到閃耀光柵上，閃耀光柵使不同波長的光束色散展開，閃耀光柵出射的光再經(jīng)過雙凸 透鏡聚焦，并聚焦到具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡上，反射鏡的下臺階為雙凸透鏡的焦點(diǎn)面，光經(jīng) 過反射鏡上下兩臺階產(chǎn)生相位差，經(jīng)反射鏡反射的光按照原路返回光纖環(huán)行器第二端口， 再從光纖環(huán)行器第三端口輸出。
[0007] 所述具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡表面為鍍鋁膜，光經(jīng)過反射鏡產(chǎn)生的相位差
【主權(quán)項】
1. 一種光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，其特征在于，包括光纖環(huán)行器、準(zhǔn)直器、擴(kuò) 束器組、閃耀光柵、雙凸透鏡和具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡，光信號從光纖環(huán)行器第一端口輸 入，從第二端口射出進(jìn)入準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器射出光經(jīng)過組合擴(kuò)束器調(diào)整光束大小后，入射到閃 耀光柵上，閃耀光柵使不同波長的光束色散展開，閃耀光柵出射的光再經(jīng)過雙凸透鏡聚焦， 并聚焦到具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡上，反射鏡的下臺階為雙凸透鏡的焦點(diǎn)面，光經(jīng)過反射鏡 上下兩臺階產(chǎn)生相位差，經(jīng)反射鏡反射的光按照原路返回光纖環(huán)行器第二端口，再從光纖 環(huán)行器第三端口輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，其特征在于，所述具有臺 階結(jié)構(gòu)的反射鏡表面為鍍鋁膜，光經(jīng)過反射鏡產(chǎn)生的相位差
其中h是具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡臺階高度差，λ是入射光的波長，兩個臺階面的寬 度相等，上下兩臺階長度方向定為X方向，長度不必相等，兩個臺階面長度大于
Λ λ為入射光的波長帶寬，f為雙凸透鏡的焦距，d為閃耀光柵周期常數(shù)，0d為閃耀光柵的 布拉格角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖環(huán) 行器第三端口輸出光信號不同波長的強(qiáng)度用以下公式表示：
為真空中的光速，d為閃耀光柵周期常數(shù)，0d為閃耀光柵的布拉格角，Θ in為光束入射閃耀 光柵時的入射角，Win為擴(kuò)束后入射閃耀光柵時的光斑直徑，f為雙凸透鏡的焦距，λ ^為光 信號的中心波長，λ為入射光的波長分量，￥_為經(jīng)過凸透鏡聚焦后到達(dá)具有臺階結(jié)構(gòu)的反 射鏡上的光斑直徑，Xo為具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡的中心位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，其特征在于，所述具有臺 階結(jié)構(gòu)的反射鏡沿X軸上下移動，改變Xtl在系統(tǒng)中的相對位置，調(diào)諧系統(tǒng)響應(yīng)的中心波長。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)希爾伯特變換與微分運(yùn)算系統(tǒng)，光信號從光纖環(huán)行器第一端口輸入，從第二端口射出進(jìn)入準(zhǔn)直器，后經(jīng)過組合擴(kuò)束器調(diào)整光束大小后，入射到閃耀光柵上，閃耀光柵使不同波長的光束色散展開，再經(jīng)過雙凸透鏡聚焦，并聚焦到具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡上，反射鏡的下臺階為雙凸透鏡的焦點(diǎn)面，光經(jīng)過反射鏡上下兩臺階產(chǎn)生相位差，經(jīng)反射鏡反射的光按照原路返回光纖環(huán)行器第二端口，再從光纖環(huán)行器第三端口輸出。通過調(diào)節(jié)擴(kuò)束器使聚焦在具有臺階結(jié)構(gòu)的反射鏡上的光束光斑大小發(fā)生變化，可以分別實現(xiàn)光學(xué)微分運(yùn)算和光學(xué)希爾伯特變換功能；通過調(diào)節(jié)反射鏡的位置，可以調(diào)諧系統(tǒng)響應(yīng)的中心波長；本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操控方便、制作成本低、性能穩(wěn)定。
【IPC分類】G02B27-09, G02F2-00, G02B26-08
【公開號】CN104678675
【申請?zhí)枴緾N201510121664
【發(fā)明人】戴博, 卓然, 汪東, 張大偉, 黃元申, 王 琦, 孔小芳
【申請人】上海理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月19日