一種基于超連續譜的波長可調諧相干光檢測系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于全光相干采樣技術領域，更具體地，涉及一種基于超連續譜的波長可 調諧相干光檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002] 相干光采樣能夠完整采集待測光信號的幅度、偏振、相位等信息，最大限度的保留 信號的全場信息，能夠有效的對先進調制碼型的高速光信號進行檢測；相干光采樣技術對 未來高速光通信網絡的發展具有重要意義；
[0003] 相干光采樣技術是利用一個本地超短脈沖光與待測高速信號光進行相干混頻，要 求本地采樣脈沖的光譜能夠覆蓋待測光信號的光譜；相干光采樣要實現對不同波長甚至是 多波長待測光信號的采集，其采樣脈沖光的中心波長必須在C波段連續可調，且光譜范圍 能夠覆蓋待測光信號的光譜。
[0004] 現有技術中，相干光檢測系統中使用的地采樣光脈沖通常采用以下幾種方案：
[0005] (1)用主動鎖模脈沖激光器產生的超短脈沖光作為相干光采樣中的本地采樣脈沖 光；
[0006] (2)被動鎖模脈沖激光器產生的超短脈沖光作為相干光米樣中的本地米樣脈沖 光；
[0007] 方案（1)中主動鎖模激光器產生采樣光脈沖脈寬較寬，光譜范圍窄，中心波長不 易調諧，需要外界輸入高頻微波信號，并且需要穩定激光腔，否則在相干光采樣中會導致采 樣不均勻甚至無法進行光采樣；方案（2)中被動鎖模激光器能夠自啟動產生超窄采樣光脈 沖，而且該脈沖光的中心波長和峰值功率都比較穩定，目前已經應用于全光檢測系統；
[0008] 但是，方案（1)和方案（2)中的本地采樣脈沖光中心波長與光譜寬度是確定且不 可調諧，即其光譜是唯一的，只能對光譜范圍在脈沖光光譜范圍之內的光信號進行相干光 采樣，對待測光信號的速率也有一定的限制，這限制了相干光檢測系統的應用范圍；同時激 光器本身波長漂移將導致無法與待測光信號波長對準，導致相干光采樣性能下降，給后續 的數字信號處理（DSP)帶來很大的壓力；不僅如此，在多波長通信系統中，需要多個不同中 心波長、光譜落在C波段不同位置的脈沖激光器來對各個波長的信號光進行相干光采樣， 造成了系統成本急劇上升。
【發明內容】
[0009] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于超連續譜的波長可 調諧相干光檢測系統，其目的在于將超連續譜光源進行可調諧濾波，獲取中心波長可調、頻 譜寬度和范圍可調的時域光脈沖，用于相干光檢測系統中作為本地采樣脈沖對待測光信號 進行采樣，由此擴展了相干光采樣的工作范圍，克服波長漂移帶來的頻漂問題。
[0010] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于超連續譜的波長可調 諧相干光檢測系統，包括高非線性光纖、可調諧光濾波器、光譜儀、90°混頻器、四個光電平 衡探測器、模數轉換單元和信號處理單元；
[0011] 其中，高非線性光纖用于光譜展寬；其輸入端接收外部飛秒脈沖光，輸出超連續 譜；接入的飛秒脈沖光在強非線性效應的作用下，脈沖頻譜內產生新的頻率，光譜得以展 寬，產生覆蓋C波段（1520-1570nm)且光譜平坦的超連續譜，該超連續譜具有相干性；
[0012] 其中，可調諧光濾波器對該超連續譜進行濾波，獲取到中心波長、光譜寬度可變的 脈沖光；其中心波長與光譜寬度可根據待測光信號調整，使其中心波長與待測信號光波長 相同、光譜寬度不小于待測光信號光譜寬度；該脈沖光的重復頻率遠低于待測光信號速率， 與上述超連續譜的重復頻率相同，其脈寬從飛秒展寬到皮秒量級；
[0013] 其中，光譜儀的第一輸入端接入所述脈沖光，第二輸入端接入待測光信號；對該本 地采樣脈沖光與待測光信號進行光譜覆蓋校準檢測，根據光譜儀上顯示的待測光信號的光 譜寬度與波長位置調整可調光濾波器的通帶寬度與中心波長，輸出本地采樣脈沖光，該本 地采樣脈沖光的光譜完全覆蓋待測光信號的光譜；
[0014] 其中，90°混頻器用于相干混頻；其第一輸入端接入本地采樣脈沖光，第二輸入端 接入待測光信號；在90°混頻器中，待測光信號與本地采樣脈沖分別經過偏振分束器分成 兩路正交偏振態，相同偏振態的待測光信號與本地采樣脈沖發生干涉，產生攜帶待測光信 號相位信息的中頻信號；90°混頻器中輸出8路光場，其中4路為X偏振方向混頻后的光， 4路為Y偏振方向混頻后的光；
[0015] 其中，四個光電平衡探測器均用于光電轉換，將相干混頻后獲得的攜帶有待測光 信號相位信息的中頻信號轉化為四路模擬低速電信號，該電信號速率在MHz量級，其速率 遠低于待測光信號速率；
[0016] 各光電探測器均具有兩個光輸入接口，接收兩路所述中頻信號，輸出一路模擬低 速電信號；具體的，第一光電平衡探測器接收第一路X偏振方向混頻后的光和第一路Y偏振 方向混頻后的光；輸出X偏振方向的實部（I路）；第二光電平衡探測器接收第二路X偏振 方向混頻后的光和第二路Y偏振方向混頻后的光，輸出X偏振方向的虛部（Q路）；第三光電 平衡探測器接收第三路X偏振方向混頻后的光和第三路Y偏振方向混頻后的光，輸出Y偏 振方向的實部（I路）；第四光電平衡探測器接收第四路X偏振方向混頻后的光和第四路Y 偏振方向混頻后的光，輸出Y偏振方向的虛部（Q路）；X偏振方向的實部、虛部和Y偏振方 向的實部、虛部信號，攜帶兩個正交偏振方向上的信號信息；
[0017] 其中，模數轉換單元用于進行模數轉換，將四個光電平衡探測器輸出的模擬低速 電信號采樣量化，獲取數字信號；其第一輸入端連接第一光電平衡探測器的輸出端，第二輸 入端連接第二接光電平衡探測器的輸出端，第三輸入端連接第三接光電平衡探測器的輸出 端，第四輸入端連接第四接光電平衡探測器的輸出端；
[0018] 其中，信號處理單元用于數字信號處理，獲取待測光信號的眼圖和星座圖；其第一 至第四輸入端對應的連接模數轉換單元的第一至第四輸出端。
[0019] 優選的，上述相干光檢測系統還包括被動鎖模脈沖激光器，用于產生飛秒脈沖光， 被動鎖模脈沖激光器的輸出端與高非線性光纖的輸入端連接。
[0020] 按照本發明的另一方面，提供了一種基于超連續譜的波長可調諧相干光檢測方 法，包括以下步驟：
[0021] (1)采用高非線性光纖對MHz量級低重復頻率的飛秒脈沖光進行調制，獲取覆蓋C 波段且在C波段波動范圍〈1 %的超連續譜；
[0022] (2)對上述超連續譜進行濾波，獲取中心波長與待測光信號波長相同且光譜可覆 蓋待測光信號光譜的本地采樣脈沖光；（3)將待測光信號與上述本地采樣脈沖光進行相干 混頻，獲取攜帶待測光信號相位信息的中頻光信號；
[0023] (4)將上述中頻光信號轉換成低速模擬電信號，并消去低速模擬電信號里的直流 分量，以獲取待測光信號的相位信息；
[0024] (5)將上述消去直流分量的低速模擬電信號轉換為數字信號；并對該數字信號采 用正交歸一化、不平衡補償、頻偏估計、相位估計算法，對相干采樣后的待測光信號進行解 調和恢復，獲取到待測光信號的眼圖、星座圖和Q值。
[0025] 優選地，步驟⑵具體包括以下步驟：
[0026] (2. 1)采用可調諧光濾波器對上述超連續譜進行濾波，獲取采樣脈沖光；
[0027]