[發明專利]超高速光采樣時鐘的多通道失配測量方法及測量補償裝置

有效

• 申請號: 201410567490.3
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104296884B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 鄒衛文;楊光;張華杰;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 張寧展

技術領域

本發明涉及一種光信息處理技術領域的方法，具體是超高速光采樣時鐘的通道失配測量及補償方法。

背景技術

近年來光學模數轉換技術(PADC)發展迅速并成為目前光電子領域的一大研究熱門。由于PADC的性能很大程度上依賴于其采樣時鐘的性能，因此如何產生高速且穩定的光脈沖序列作為采樣時鐘成為這一領域的重要課題。作為一種實現超高重復頻率光脈沖序列的有效方法，時間-波長交織(Clark T R,Kang J U,Esman R D.Performance of a time-and wavelength-interleaved photonic sampler for analog-digital conversion[J].Photonics Technology Letters,IEEE,1999,11(9):1168-1170.)能夠充分發揮鎖模激光器的低抖動特點，同時還可以利用重復頻率高和頻譜寬等優勢產生穩定的超高速光脈沖序列。因此，時間-波長交織成為超高速光采樣時鐘產生的常用方法之一。

對于時間-波長交織方法產生的超高速光采樣時鐘，其各通道在延時、幅度以及脈沖形狀方面均存在一定程度的失配。在實際系統中，一般在每個通道中接入可調光延時線和可調光衰減器進行延時和幅度失配的調節(鄒衛文，李杏，等.一種超高速光學數模轉換方法和裝置:中國,201410065510.7[P].2014)。對于通道失配的補償，我們需要在實驗中對各個通道中的脈沖序列進行實時測量，根據測得的幅值和時延信息對可調光延時線和可調光衰減器進行調節從而實現通道間的匹配。對于較低重復頻率的光脈沖序列，我們可以簡單地通過示波器進行時域觀測以獲得幅值和時延信息。然而對于超高速光脈沖序列，其時域測量因示波器采樣率限制無法實施。因此，我們必須尋求其他方法對超高速時間-波長交織光脈沖序列的通道失配現象進行測量。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種超高速光采樣時鐘的多通道失配測量方法及測量補償裝置，采用光頻譜分析儀和電頻譜分析儀分別對脈沖序列的光頻譜和射頻譜進行測量，通過對測得的頻域信息進行數據分析得出各通道的失配情況，并進一步用于失配的有效補償。

本發明的技術原理如下：

對于通道總數為M，采樣周期為T_s時間-波長交織脈沖序列，其每一通道中脈沖序列的時域表達式為：

式(1)中a_k為第k通道脈沖幅度，τ_k為第k通道的延時誤差，u_k(t)為第k通道中脈沖的歸一化波形。經過響應度為R_PD的光電探測器得到的信號為：

電頻譜分析儀測得的射頻功率譜可表達為：

式(3)中f_s＝1/T_s，為u_k(t)的傅里葉變換，可根據測得的光頻譜計算得到：

E_k(f)為第k通道中光頻譜儀測得的光頻譜。每一通道中的幅值a_k同樣可以根據光頻譜功率計算得到：

根據式(3)，射頻譜在[0,f_s]區間上有M個峰值P_k,k＝1,2,…,M，其表達式為：

式(6)表明，P_k是a_k,與τ_k，k＝1,2,…,M的函數，可表達為：

電頻譜儀測得的M個頻譜峰值C_k，k＝1,2,…,M與P_k存在對應關系：

10log₁₀P_k＝C_k k＝1,2,...,M(8)

對于延時誤差，不失一般性，可假設τ₁＝0作為參考起始點，對式(8)進行整理，可以得到如下M個獨立方程：

由于與a_k可以通過式(4)和式(5)的計算得到，將計算結果帶入式(9)，根據式(7)中的函數關系，P_k化為自變量僅為延時誤差τ_k的函數，而式(9)也化為僅關于延時誤差τ_k的方程組：