[發明專利]全光模數轉換器

無效

• 申請號: 200710049158.8
• 申請日: 2007-05-24
• 公開（公告）號: CN101311811A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 張利勛;劉永智;歐中華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F7/00
• 分類號: G02F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及光電子技術領域，它特別涉及一種全光模數轉換器。

背景技術

光信號處理、光通信以及光傳感等對高速、高精度ADC的需求十分迫切，全光技術是實現這一目標的最具發展潛力的方法。全光ADC涉及光學采樣、光學量化和光學編碼三個基本單元及其關鍵技術，其技術背景如下：

1.全光模數轉換中的光學采樣技術

全光采樣是全光模數轉換的關鍵技術之一，國外的研究人員已提出了多種對模擬光信號進行采樣的方法，并在實驗上得以實現，這些全光采樣技術可分為兩類：一類是基于光纖、非線性晶體或半導體中的超快光學非線性，包括利用光纖中的四波混頻、非線性晶體(如KTP晶體)的和頻效應或半導體光放大器中的四波混頻等來實現全光采樣，例如，2004年日本Osaka?University的Oda等人報道的全光模數轉換方案中就采樣了基于光纖中四波混頻來實現全光采樣。這類采樣方法也存在固有的缺點，由于其直接利用非線性混頻效應，因此，對信號光和采樣光都要求有很高的峰值功率以補償較低的非線性混頻效率。另外，基于四波混頻的光學采樣方法中，當控制光和信號光波長失諧超過幾個納米時將導致其波長轉換效率和信噪比大幅下降，從而影響采樣質量。基于非線性晶體的和頻效應的全光采樣技術，必須使采樣光和信號光的偏振態精確匹配，并且其晶體相位匹配僅能提供一個很窄的波長范圍給信號光使用，其器件的體積也較大。

另一類全光采樣方法是利用基于半導體光放大器的光開關來實現的，例如，基于半導體光放大器的非線性光纖環鏡或超快非線性干涉儀等，對于這類全光采樣技術，如何減小放大自發輻射(ASE)對系統信噪比(SNR)的劣化影響，如何降低對信號光的高功率要求等是目前需要解決的問題。

2.全光模數轉換中的光學量化技術

隨著全光信號處理的不斷發展，全光量化技術已經成為一個挑戰，用于全光ADC的非線性量化技術逐漸地發展起來。早在1979年Taylor提出了采用波導干涉儀陣列實現量化的方案，2002年日本Osaka?University的Konishi等人提出利用光纖的非線性效應進行量化，即利用高非線性光纖中的拉曼孤子自頻移效應實現光功率到光頻移的轉移，再利用AWG對所得信號進行空間分離，從而實現對采樣信號的量化處理，2003年美國康奈爾大學Chris?Xu等人也采用類似的方法來實現對采樣后信號的全光量化，該方法已在近年來的全光ADC方案中大量采用，這種基于光纖中孤子自頻移效應的全光量化方法要求待量化的輸入光脈沖信號的脈寬在飛秒量級，對于皮秒量級的光脈沖信號則需要事先進行脈寬壓縮。2004年日本OsakaUniversity的Oda等人提出了利用光纖中的高階光孤子形成和分離來實現全光量化的方案，原理性驗證實驗的結果表明3bits全光量化是可以實現的。2005年Oda等人又提出了利用切割超連續譜來實現全光量化，即利用色散平坦光纖產生超連續譜，其譜寬由采樣信號的強度決定，并利用陣列波導光柵進行解復用，輸出到不同的端口，處于通光狀態的端口數目與采樣信號強度密切相關，從而實現了信號的量化。

3.全光模數轉換中的光學編碼技術

編碼是全光ADC的重要環節，近年來已引起各國研究人員的關注，提出了許多全光編碼的方法。2002年日本的Oda等人提出了利用脈沖整形技術實現量化后信號的編碼方案，其脈沖整形系統由空間濾波器和色散元件構成，并于2005年報道了通過集成AWG和可調光衰減器構成脈沖整形系統來實現全光編碼的實驗結果。2003年美國Chris?Xu等人對利用光纖中的孤子自頻移效應進行量化后的信號，采用濾波器陣列作為比較器實現了光學編碼。2002年Oda等人又提出基于非線性光環鏡實現編碼的方案，并給出了2bits全光ADC的實驗結果。2006年日本Konishi等人提出采用光學互連方式實現格雷編碼的方法，并從實驗上驗證了從8級量化的光信號到3bits格雷碼轉換。2007年他們又提出了利用光延遲線編碼進行相應的3bits全光ADC。2006年Osaka?University的Ikeda(見文獻Kensuke?Ikeda.Design?considerations?ofall?optical?A/D?conversion：nonlinear?fiber?optic?Sagnac?loop?interometer?based?optical?quantizingand?coding.IEEE，J.lightwave?technology，2006，24(7)：2618-2627)利用Sagnac環的交叉相位調制實現格雷編碼輸出，得到3bitsADC的實驗系統。