时域积分系统

1.本发明涉及信号处理领域，特别是一种时域积分系统。


背景技术：

2.积分器是一类可以对输入信号进行时域积分的器件，它在模数转换和波形变换等方面有重要的应用。相比电子技术，光子技术具有更大带宽，基于光子技术的积分器可以很好地克服电子瓶颈问题，因此光时域积分器受到了人们的青睐。现有的光时域积分器(malacarne.a,ashrafi.r,li.m,larochelle.s,yao.j,azana.j,“single-shot photonic time-intensity integration based on a time-spectrum convolution system,”opt.lett.,vol.37,no.8,pp.1355-1357,2012.)对色散要求严格，不易控制，成本高。因此，以一种简单的，可控的方式去实现光时域积分具有重要的科学意义和应用价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种避免了光谱滤波，结构简单，易于调节的时域积分系统。
4.本发明的技术方案：一种时域积分系统，包括激光源、光耦合器a、光频率调制器、延时模块和光耦合器b，其中：激光源与光耦合器a的输入端连接，光耦合器a的输出端一与光频率调制器的输入端连接，光频率调制器设有射频端，光耦合器a的输出端口二与延时模块的输入端连接，光频率调制器的输出端与光耦合器b的输入端口一连接，光延时模块的输出端与光耦合器b的输入端口二连接，光耦合器b5的输出端为最终输出端。
5.上述的时域积分系统，其中所述的光频率调制器为电光调频调制器，用来完成对待积分信号的频率调制。
6.上述的时域积分系统，其中所述的延时模块为光延时线，主要在下路引入一个固定相差从而让两路光场相位差落在鉴相曲线的上升沿线性区内，最终将相位差线性地映射为时域上的强度信号。
7.上述的时域积分系统，其中所述的光耦合器a、光耦合器b为光耦合器(50:50)。
8.本发明与现有技术相比，本发明具有明显的有益效果，从以上技术方案可知，本发明的激光源可以输出一个连续光，作为载波。光耦合器a(50:50)可以将激光源输出的连续光等功率分为两路。光频率调制器可以完成对待积分信号的频率调制，让上路光场的频率随着待积分信号变化，此时光场的相位为频率的积分，即相位随着积分后的信号而变化。光延时线可以引入一个固定相差，用来控制上下两路光场的相位差变化落在由干涉过程产生的余弦曲线的上升沿线性区内。光耦合器b(50:50)可以完成对上下两路光场的汇聚，完成需要的光干涉，最终将上下两路光场的相位差变化线性地映射成时域上的强度信号。用待积分信号对一个连续光完成频率调制，此时光场相位为频率对时间积分的结果。由于干涉过程具有余弦型鉴相功能，可将上下两路光场的相位差转化为强度信号。通过控制好频率偏移量和适当调节延时，相位差可被线性地映射为时域上的强度信号，整个过程完成了对
输入信号的积分运算。利用光学物理量中相位是频率对时间的积分结果这一关系，首先用待积分信号对光进行频率调制，此时相位变化便是频率变化对时间的积分结果，最后通过一个具有鉴相功能的干涉过程将相位变化线性地映射为时域上的强度信号，对比输入信号和输出信号，整个过程便完成了待积分信号的积分运算。整个过程避免了光谱滤波，结构简单，易操作。
附图说明
9.图1是本发明的结构示意图。
10.图2是本发明的工作原理图。
11.附图标记：
12.1.激光源，2.光耦合器a，2a.光耦合器输出端口一，2b.光耦合器输出端口二，3.光频率调制器，4.延时模块，5.光耦合器b，5a.光耦合器输入端口一，5b.光耦合器输入端口二。
具体实施方式
13.以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种时域积分系统的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
14.参见图1，本发明的一种时域积分系统，包括激光源1、光耦合器a2(50:50)、光频率调制器3、延时模块4和光耦合器b5(50:50)，其中：激光源1与光耦合器a2(50:50)的输入端连接，光耦合器a2(50:50)的输出端一2a与光频率调制器3的输入端连接，光频率调制器3设有射频端，光耦合器a2(50:50)的输出端口二2b与延时模块4的输入端连接，光频率调制器3的输出端与光耦合器b5(50：50)的输入端口一5a连接，光延时模块4的输出端与光耦合器b5(50:50)的输入端口二5b连接，光耦合器b5(50:50)的输出端为最终输出端。
15.上述的时域积分系统，其中所述的光频率调制器3为电光调频调制器，用来完成对待积分信号的频率调制。
16.上述的时域积分系统，其中所述的延时模块4为光延时线，主要在下路引入一个固定相差从而让两路光场相位差落在鉴相曲线的上升沿线性区内，最终将相位差线性地映射为时域上的强度信号。
17.工作过程：参见图1-2，由于在光学物理量中，频率和相位天然地存在导数和积分的关系，即相位变化的导数为频率变化，频率变化的积分为相为变化。基于该关系，要实现积分运算，可先用调制信号(待积分信号)对光进行频率调制，让光场的频率按照调制信号的规律变化，此时光场的相位变化便是光场频率变化的积分结果。最后只需找到一个可以完成鉴相功能的光学过程完成相位到强度的转化，便可实现调制信号的积分运算。恰好一个光学上的干涉过程就具有鉴相功能，它可将两路光场之间的相位差转化为时域上的强度信号。通过调节好频率偏移和延时，干涉过程产生的余弦型鉴相曲线的上升沿会将相位变化线性地映射为时域上的强度信号，最终完成对待积分信号的积分运算。
18.激光源1发出的连续光经过光耦合器a2(50：50)等功率从光耦合器输出端口一2a和光耦合器输出端口二2b输出，从光耦合器输出端口一2a输出的光通过光频率调制器3被待积分信号调制。假定调制信号(或待积分信号)表示为：a(t)；激光源1输出的光场为：
其中，e0为光场振幅，i为虚数单位，ωc为载波角频率，为光场的初相位，则频率调制后的光场为：其中δω(t)＝kfa(t)，kf为比例系数。此时我们注意到光场中的角频率ωc不再是一个常数，而是随着调制信号而变化，即：ω(t)＝ωc δω(t)＝ωc kfa(t)。由于此时的频率是时间的函数，对应的相位为频率对时间的积分，所得调频波的总相位为：
19.从光耦合器输出端口二2b输出的光，经过延时模块4，这里的延时模块4为一个光延时线，调节延时量为τ时，其会引入相移：对应的光场为：此时下路光场的总相位为：
20.很明显，上下两路光场的相位差为：
[0021][0022]
为了能将相位差转化为强度，上路光场进入光耦合器b5(50:50)的输入端口一5a,下路光场进入光耦合器b5(50:50)的输入端口二5b,此时总的光场可表示为：
[0023]
两路光完成干涉后的强度表示为：其中该式表明干涉过程等价于一个余弦型的鉴相器。由于余弦曲线其上升沿存在一定的线性区，故此时调节好频率偏移量的大小和下路的光延时量，可让δθ(t)落在上升沿的线性区内，相位差就可被线性地映射为时间上的强度信号，即有：从输入信号a(t)与最终的输出信号来看，整个过程就实现了待积分信号a(t)的积分运算。例如，待积分信号为锯齿波时，首先进行光频率调制，此时光场的频率变化与锯齿波变化一致，通过频率变化对时间的积分后，所得的相位变化为一个暗抛物线。通过控制好偏移量和下路延时，该暗抛物线的相位变化可通干涉产生的鉴相曲线的上升沿线性区线性映射成为时域上的强度信号，为一个等比例缩放的暗抛物线强度信号。从输入的锯齿波信号与最终输出的暗抛物线强度信号来看，整个过程为一个积分运算。
[0024]
本发明所述不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变形属于本发明权力要求及其等同技术范围之内，则本发明也意图包含了这些改动和变形在内。