基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，屬于光纖通信領(lǐng)域。一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征是：光源（1）位于會聚透鏡（2）的焦點(diǎn)位置，會聚透鏡（2）后面是空間光調(diào)制器（4）的光輸入端口（4a），由空間光調(diào)制器的電輸入端口（4b）連接信號源（3），空間光調(diào)制器的光輸出端口（4c）后面是會聚透鏡（5），會聚透鏡的焦點(diǎn)處是多模光纖（6）的輸入端，輸出端連接光電探測器（7）。本發(fā)明最基本的特征在于使用多模光纖的模式色散來制作相關(guān)器，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，并且光纖長度短，減少了光信號傳輸過程中的能量損耗；光源承載著待檢測信號，避免了高速調(diào)制器的使用，節(jié)約了系統(tǒng)成本；多模式光源的使用克服了目前基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器對光源帶寬要求嚴(yán)格的問題，在光信號處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，屬于光纖通信系統(tǒng)和光信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]基于光纖色散的光學(xué)相關(guān)器是一類新型的光信號處理技術(shù)。面對日益提高的光通信系統(tǒng)的傳輸速率和分組交換網(wǎng)絡(luò)的使用，光學(xué)的相關(guān)檢測技術(shù)在未來的通信系統(tǒng)中將發(fā)揮重要的作用。目前，基于光纖的光學(xué)相關(guān)器主要有基于布拉格光纖光柵的光學(xué)相關(guān)器、基于光纖延時線的光學(xué)相關(guān)器、基于光學(xué)邏輯門的光學(xué)相關(guān)器和基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器。而基于光纖延時線的光學(xué)相關(guān)器需要有精確的延時控制，因此在延時光纖的長度選擇方面存在一定的困難；基于光學(xué)邏輯門的光學(xué)相關(guān)器采用的是全光邏輯門，但是全光邏輯門還處于研究階段，真正投入使用還需要很長一段時間。而基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器具有調(diào)節(jié)相對靈活、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，近來得到了較多的關(guān)注。
[0003]但是基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器也有其缺點(diǎn)和不足。首先，由于光纖的色散較小，需要使用的光纖較長，因此，體積和插損都較大；其次，在進(jìn)行數(shù)字信號的相關(guān)檢測時，必須采用的有限帶寬的多波長光源，光源帶寬越窄，得到系統(tǒng)輸出端的信噪比越好。激光光源帶寬窄，但是激光價格昂貴，在實(shí)現(xiàn)多位碼元數(shù)據(jù)流的相關(guān)檢測時，需要的激光器個數(shù)也相應(yīng)增多，造成了設(shè)備的昂貴；LED價格便宜，但是其在使用時，需要將LED光源經(jīng)過有限帶寬的濾波器進(jìn)行限帶處理，得到系統(tǒng)輸出端的信噪比較差。因此，基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器在光源選擇上存在著一定的困難。
[0004]隨著新一代通信技術(shù)的高速發(fā)展,空分多址(SDMA, Spatial Division MultipleAccess)技術(shù)和多輸入多輸出(ΜΙΜΟ, Multiple Input Multiple Output)技術(shù)成為了研究的熱點(diǎn)，因此基于多模光纖的不同模式的激勵技術(shù)也得到了越來越多的關(guān)注。
[0005]本發(fā)明提出了一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，主要由光源、會聚透鏡、空間光調(diào)制器、多模光纖和光電探測器等器件組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，有望在高速數(shù)據(jù)通信的相關(guān)檢測中得到廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)有的基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器需要使用長距離的單模光纖，造成了傳輸過程中的能量損耗，因此需要在通信系統(tǒng)中增加放大器的使用。另外，普通的基于光纖色散的光學(xué)相關(guān)器，先要用光電檢測器將高速的光信號變成電信號，再用高速光調(diào)制器調(diào)制到目標(biāo)光源上，增加了設(shè)備的復(fù)雜度。
[0007]為了克服現(xiàn)有的基于光纖的光學(xué)相關(guān)器的不足,本發(fā)明提供了一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]提供一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于包括:光源1、第一會聚透鏡2、信號源3、空間光調(diào)制器4、第二會聚透鏡5、多模光纖6和光電探測器7,其中，光源I位于第一會聚透鏡2的焦點(diǎn)位置，第一會聚透鏡2后面是空間光調(diào)制器4的光輸入端口 4a，由空間光調(diào)制器4的電輸入端口 4b連接信號源3，空間光調(diào)制器4的光輸出端口 4c后面是第二會聚透鏡5,第二會聚透鏡5的焦點(diǎn)處是多模光纖6的輸入端,多模光纖6的輸出端連接光電探測器7。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述空間光調(diào)制器4位于兩個會聚透鏡2和5之間，由所述目標(biāo)信號源3來控制所述空間光調(diào)制器4，使空間中的一些部分的光被遮擋，而其它部分的光能夠通過。改變目標(biāo)信號源3，能夠改變空間中光的分布，決定哪些位置有光，哪些位置沒有光，進(jìn)而使從所述會聚透鏡5輸出時有些角度有光，而有些角度沒有光輸出。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述多模光纖6位于所述會聚透鏡5的后焦點(diǎn)處，入射光將以不同的入射角激發(fā)出所需特定的模式。而那些模式被激發(fā)取決于由所述目標(biāo)信號源3控制的所述空間光調(diào)制器4。改變目標(biāo)信號源3，就能夠決定哪些角度有光進(jìn)入所述多模光纖6，改變所述多模光纖6中被激勵的模式。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述多模光纖6具有較大的數(shù)值孔徑，能夠滿足不同入射角度入射的光；具有多種模式，對不同入射角的輸入光能夠激勵起不同的模式；其長度設(shè)置為不超過300米。為了能夠提供一定的模式色散來實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算，其光纖長度要滿足L.Δ T=At,其中，L是光纖長度，Λ τ是能夠激發(fā)而且能夠識別出的相鄰模式間的單位長度上的模式色散，At是帶檢測的光信號的時隙。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述光源I是加載了高速信號的光，可以由直接調(diào)制的激光器組成，也可以激光器加調(diào)制器組成，也可以由寬帶光源加調(diào)制器組成，也可以是多個不同的加載了高速信號的光源組合而成。
[0013]本發(fā)明采用的是多模光纖的模式色散，模式色散的色散量比色度色散大，例如:采用數(shù)值孔徑(NA)為0.3左右、長度為4m的多模光纖，就可以產(chǎn)生40ns的模式色散。因此基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器可以使用較短距離的多模光纖，減少了傳輸過程中的能量損耗；并且，模式色散與光源帶寬和波長的相關(guān)性很小，克服了基于色度色散的光學(xué)相關(guān)器對光源的選擇困難；待檢測信號的輸入不需要使用高速的調(diào)制器，而其主要是利用不同模式的激勵來承載的，節(jié)約了系統(tǒng)構(gòu)建的成本?；谀Ｊ缴⒌墓鈱W(xué)相關(guān)器可望實(shí)現(xiàn)更高速率更多位碼元數(shù)據(jù)流的相關(guān)檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1是一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]圖1所不的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器包括:光源1、第一會聚透鏡2、信號源3、空間光調(diào)制器4、第二會聚透鏡5、多模光纖6和光電探測器7,其中,光源I位于第一會聚透鏡2的焦點(diǎn)位置，第一會聚透鏡2后面是空間光調(diào)制器4的光輸入端口 4a，由空間光調(diào)制器4的電輸入端口 4b連接信號源3，空間光調(diào)制器4的光輸出端口 4c后面是第二會聚透鏡5,第二會聚透鏡5的焦點(diǎn)處是多模光纖6的輸入端,多模光纖6的輸出端連接光電探測器7。
[0019]在圖1所示的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器中，光源I是待檢測的多位高速數(shù)據(jù)流，光信號可以是單波長的，也可以是多波長的或者是寬帶的。信號源3能夠產(chǎn)生信號即為所要檢測的目標(biāo)信號?？臻g光調(diào)制器4以目標(biāo)信號為幅度對入射光進(jìn)行幅度調(diào)制，使光束在一定的空間位置被遮擋，被遮擋的部分表示數(shù)據(jù)信號“0”，而沒有被遮擋的部分表示數(shù)據(jù)信號“I”。會聚透鏡5將光信號以不同的角度入射到多模光纖6中，激發(fā)出不同的模式。多模光纖6具有較大的數(shù)值孔徑，能夠滿足不同入射角度入射的光；具有多種模式，對不同入射角的輸入光能夠激勵起不同的模式；其長度設(shè)置為不超過300米，因?yàn)槎嗄９饫w6傳輸距離越長，傳輸過程中的模式耦合也越強(qiáng)，會給系統(tǒng)引入較大噪聲，在長度一定的條件下，調(diào)整光纖的數(shù)值孔徑，以滿足在對信號進(jìn)行色散處理時的色散量。
[0020]圖1所示的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器的操作如下:
[0021]1.調(diào)整入射光與透鏡的位置，將承載待檢測的高速數(shù)據(jù)流的光信號射入透鏡，通過透鏡將不同模式的光信號在空間上分散開，不同模式的光信號平行射出透鏡；
[0022]2.將平行光信號以目標(biāo)信號為幅度通過空間光調(diào)制器進(jìn)行幅度調(diào)制；
[0023]3.調(diào)整透鏡和空間光調(diào)制器的位置，使調(diào)制后的信號通過透鏡會聚到一點(diǎn)，對應(yīng)著空間光調(diào)制器的不同空間位置以不同角度注入到多模光纖中，在多模光纖中激勵出不同的模式；
[0024]4.不同模式的光信號在多模光纖進(jìn)行模式色散處理,在輸出端通過光電探測器米集經(jīng)過相關(guān)運(yùn)算后的信號，通過信噪比的閾值，判斷出目標(biāo)信號。假設(shè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以信噪比值1.25作為閾值，當(dāng)信噪比值大于等于1.25時，匹配信號就能檢測出來；反之，自相關(guān)和互相關(guān)運(yùn)算結(jié)果無法區(qū)分出來，就不能將匹配信號檢測出來。
[0025]本發(fā)明采用的原理是時間-模式卷積原理。設(shè)輸入的多模式光信號在角度上的能量表達(dá)式為Ε( Θ )，光信號經(jīng)過幅度為m(t)的目標(biāo)信號進(jìn)行幅度調(diào)制后，再由色散系數(shù)為D0的多模光纖進(jìn)行色散處理后信號的能量表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于包括:光源(I)、第一會聚透鏡(2)、目標(biāo)信號源(3)、空間光調(diào)制器(4)、第二會聚透鏡(5)、多模光纖(6)和光電探測器(7)，其中，所述光源(I)位于所述第一會聚透鏡(2)的前焦點(diǎn)位置，所述第一會聚透鏡(2)后面是所述空間光調(diào)制器(4)的光輸入端口(4a)，由所述空間光調(diào)制器(4)的電輸入端口(4b)連接所述目標(biāo)信號源(3)，所述空間光調(diào)制器(4)的光輸出端口(4c)后面是所述第二會聚透鏡(5)，所述第二會聚透鏡(5)的后焦點(diǎn)處是所述多模光纖(6)的輸入端，所述多模光纖(6)的輸出端連接所述光電探測器(7 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述空間光調(diào)制器(4)位于兩個會聚透鏡(2)和(5)之間，由所述目標(biāo)信號源(3)來控制所述空間光調(diào)制器(4)，使空間中的一些部分的光被遮擋，而其它部分的光能夠通過，改變目標(biāo)信號源(3)，能夠改變空間中光的分布，決定哪些位置有光，哪些位置沒有光，進(jìn)而使從所述會聚透鏡(5)輸出時有些角度有光，而有些角度沒有光輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述多模光纖(6)位于所述會聚透鏡(5)的后焦點(diǎn)處，入射光將以不同的入射角激發(fā)出所需特定的模式，而那些模式被激發(fā)取決于由所述目標(biāo)信號源(3)控制的所述空間光調(diào)制器(4)，改變目標(biāo)信號源(3)，就能夠決定哪些角度有光進(jìn)入所述多模光纖(6)，改變所述多模光纖(6)中被激勵的模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述多模光纖(6)具有較大的數(shù)值孔徑，能夠滿足不同入射角度入射的光；具有多種模式，對不同入射角的輸入光能夠激勵起不同的模式；其長度設(shè)置為不超過300米，為了能夠提供一定的模式色散來實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算，其光纖長度要滿足L.Λ T=At，其中，L是光纖長度，Δ τ是能夠激發(fā)而且能夠識別出的相鄰模式間的單位長度上的模式色散，At是帶檢測的光信號的時隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式色散的光學(xué)相關(guān)器，其特征在于:所述光源(I)是加載了高速信號的光，可以由直接調(diào)制的激光器組成，也可以激光器加調(diào)制器組成，也可以由寬帶光源加調(diào)制器組成，也可以是多個不同的加載了高速信號的光源組合而成。
【文檔編號】H04B10/2581GK103856266SQ201410092411
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】譚中偉, 秦鳳杰, 李卡 申請人:北京交通大學(xué)