[发明专利]一种超高偏振光谱分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种超高偏振光谱两维信息融合分析系统及方法，包括待测光输入通道、偏振泵浦模块、控制与数据采集模块、数据处理模块、波长定标模块和至少两个的偏振测量通道，所述待测光输入通道将待测光分为至少两束偏振状态相互正交的偏振待测光，分别输入各个偏振测量通道，所述偏振泵浦模块产生波长可变的传输至偏振测量通道的泵浦光；所述控制与数据采集模块采集并获取各个偏振测量通道输出的光谱信号，并控制整个光谱分析系统的工作，超高偏振光谱采样数据的波长由波长定标模块给出，超高偏振光谱采样数据进入数据处理模块进行后续处理，完成待测光的超高偏振光谱两维信息融合分析。

技术领域

本发明涉及一种超高偏振光谱两维信息融合分析系统及方法。

背景技术

光谱分析是诸如通信、传感、分子光谱仪、微波生成等光学应用中的关键诊断工具。例如使用光学方法对光纤通信系统中传输的超高速率信号进行偏振光谱两维参数测量，得到传输信号的信号质量、偏振相关损耗、频率偏振漂移等信息，是诊断和监视传输信号的一种有效手段；激光光谱包含辐射特性大部分信息，随着偏振波分复用、正交频分复用等光网络技术的发展，激光的偏振特性及光谱特性受到越来越多的关注，因此激光偏振光谱两维信息融合测量对于光学网络的设计和实现具有重要作用。例如，在研究、研制和部署维护等环节，为实现性能的全面精确评估，通常需要获取偏振及光谱两维参数。特别是，随着新一代光网络发展，特别是各种先进调制格式的应用，维纳结构等的研究，以及新型光学器件的发展，他们通常需要pm量级或更好光谱分辨能力的偏振光谱两维信息融合分析。

目前，目前常用的偏振光谱两维信息测量方法是采用光谱分析仪和偏振分析仪分别获取偏振信息和光谱信息，然后通过数据融合等处理，生成偏振光谱两维信息数据；或者采用光谱分析仪加偏振控制器的方案，但只能获取特定偏振方向上的光谱数据。显然不能满足诸如偏振波分复用、正交频分复用等调试信号及系统的分析需求，并且，所用光谱分析仪的光谱分辨率直接决定偏振光谱参数测量的分辨能力。例如，专利US20020044282A1给出了一种偏振和光谱参数的测量方法，但它只能实现最好0.1nm光谱分辨率的光谱参数测量，并且只能测量4个偏振态上的光谱数据，不能实现偏振光谱参数的获取。

在光通信领域，常用的是基于光栅衍射的光谱分析仪，它具有宽光谱范围和高扫描速度等优点，通常其最好的仪器分辨率被限制在～2GHz。需要更高分辨率时，通常采用基于均差或外差技术的光谱分析仪。均差技术需要一个频率很接近待测源的本地振荡器，通常难以实现，特别是对于超高分辨率(10MHz)。外差技术可克服这一缺陷，虽然该技术较为主流，但其缺点也很明显，它需要诸如声光调制器和RF或微波源等昂贵光学元件驱动；需要很长的光纤，例如5KHz分辨率需要40Km光纤，此时光纤的损耗和非线性效应不能忽略，这会影响最终的信号。

针对光谱分辨率不足的现状，基于光纤受激布里渊效应的超高光谱分析技术是一种很有前途的技术路线。基本原理是，受激布里渊散射允许选择待测光学信号的特定光谱成分放大以进行分析。即待测信号与特性波长的窄带泵浦信号按相向传播方向注入光纤，当泵浦信号强度足够大，并且满足所需的空间相干性时，会在光纤中发生受激布里渊效应，产生一个与泵浦信号传播方向相反的后向散射信号，该信号频率等于泵浦信号频率加上与泵浦信号频率相关的布里渊频移，后向散射信号强度由泵浦信号和待测信号强度决定，同时也与相互作用的光纤类型、长度、偏振特性等因素有关。因此通过不断改变入射泵浦信号频率，就可实现对待测信号对应频率范围的光谱成分测量。

目前已有的几个基于受激布里渊效应的光谱分析技术，只能进行超高光谱分辨率的光谱测量，无法完成超高分辨率的偏振光谱两维信息融合测量，不能满足先进通信调制格式、高性能激光器、新一代光电器件等对于超高偏振光谱分析的需要。例如，专利EP1562028A1给出了一种高分辨率的光谱测量方法，但它只能实现光谱参数的测量，无法实现偏振光谱信息融合数据的测量。