[發明專利]一種基于光注入半導體激光器的光電量化裝置及其方法

在審

• 申請號: 202010468275.3
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111490830A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 周沛;周志華;李念強;張仁恒;韋孟杰;宋崢;謝溢鋒
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H04B10/54
• 分類號: H04B10/54;G02F7/00
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 王利斌

本發明屬于微波光子學領域，為解決現有光量化方案存在的量化精度低問題，公開了一種基于光注入半導體激光器的光電量化裝置及其方法，包括主激光器、光衰減器、第一偏振控制器、強度調制器、待測模擬電信號源、采樣保持電路、第二偏振控制器、光環行器、半導體激光器、光電探測器、功分器、濾波器陣列。通過主激光器注入的方式，使半導體激光器工作在單周期振蕩態；經光電轉換后的輸出微波頻率與光注入強度相關，實現“待測信號幅度”至“輸出微波瞬時頻率”的映射；光電探測器的輸出經功分器輸入到具有不同帶寬的濾波器陣列進行頻域處理直接實現量化分級。本發明的主要優勢是：量化精度高、系統裝置簡單和可控性強。

技術領域

本發明公開了一種基于光注入半導體激光器的光電量化裝置及其方法，涉及通信、雷達以及微波光子學領域。

背景技術

模數轉換器（ADC, analog-to-digital converter）通常包括采樣、量化和編碼三部分，在通信、雷達以及信號處理以及圖像處理等場合有著廣泛的應用。由于電子載流子遷移率的限制，傳統電學ADC的發展遇到了瓶頸，限制了其性能的進一步提升。因此，研究人員提出了多種基于光子技術的光學ADC來克服這一電子瓶頸。目前，光學ADC中采樣部分研究已經比較深入，有些方案已經實現應用，相比而言在量化和編碼方面研究工作較少，大多數方案仍然采用電的方法。

目前，基于光子技術的量化方案中最經典的是利用并聯的多個馬赫曾德調制器（MZM, Mach-Zehnder modulator）間的傳輸響應倍增關系進行幅度量化(參見[H. F.Taylor, “An optical analog-to-digital converter-design and analysis”, IEEEJournal of Quantum Electronics, vol. 15, no. 4, pp.210-216, 1979])。但是該方案需要多個電光調制器進行級聯或并聯，系統結構復雜，且量化精度受限于調制器的半波電壓精度，難以實現高精度的量化分級。美國弗羅里達大學的H. Zmuda等人利用模擬電信號驅動波長可調諧激光器，改變激光器輸出光波長，隨后采用光學濾波器、散射光柵或匯聚透鏡等器件將不同波長的光信號分散到不同位置，通過在相應位置進行光電探測實現分級量化(參見[H. Zmuda, “Analog-to-digital conversion using high-speed photonicprocessing”, in International Symposium on Optical Science and Technology,2001, San Diego, United States])。該方案中波長可調諧激光器的低調諧速度、調諧過程中可能出現的非線性以及光域濾波的低精度等都大大限制了采樣的速率和量化精度。現有基于光子技術的量化方案共同的缺點是量化精度低，難以進一步提高。

發明內容

發明目的：本發明的主要目的在于提供一種基于光注入半導體激光器的光電量化裝置及方法，以解決已有光量化方案存在的量化精度低的缺點，具有速率高、量化精度高、結構簡單，成本低廉和易于實現的優點。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于光注入半導體激光器的光電量化裝置，包括：主激光器、光衰減器、第一偏振控制器、強度調制器、待測模擬電信號源、采樣保持電路、第二偏振控制器、光環行器、半導體激光器、光電探測器、功分器、并行濾波器陣列；

所述光環行器上設置a端口、b端口、c端口；

所述強度調制器上設置有光輸入端、射頻輸入端、光輸出端；

所述光電探測器上設置有輸入端和輸出端；

所述并行濾波器陣列上設置有輸入端和輸出端；