[發(fā)明專利]一種基于射頻信號延遲光子時間拉伸模數(shù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010553566.2
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111679530B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊淑娜;王劍;池灝;李齊良;楊波;曾然
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02F7/00
• 分類號: G02F7/00
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明公開了一種基于射頻信號延遲光子時間拉伸模數(shù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)，其中涉及的一種基于射頻信號延遲光子時間拉伸模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括：鎖模激光器、第一段色散光纖、光分束器、第一馬赫?曾德爾調(diào)制器、第二馬赫?曾德爾調(diào)制器、射頻信號發(fā)生器、射頻延遲單元、第二段色散光纖、第三段色散光纖、第一波分解復用器、第二波分解復用器、第一光電檢測器、第二光電檢測器、第三光電檢測器、第四光電檢測器、第五光電檢測器、第六光電檢測器、第七光電檢測器、第八光電檢測器、電ADC陣列、數(shù)字信號處理模塊。本發(fā)明解決了連續(xù)時間光子時間拉伸模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中波分解復用器相鄰通道光譜重疊導致信號失真的問題，提升了連續(xù)時間光子時間拉伸系統(tǒng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于射頻信號延遲光子時間拉伸模數(shù)轉(zhuǎn)換方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

數(shù)字信號處理具有靈活、高速、高精度以及抗干擾能力強等諸多優(yōu)勢，是模擬信號處理技術(shù)所無法比擬的，目前已成為信號處理領(lǐng)域的主流技術(shù)。然而自然界中的信號絕大部分以模擬信號形式存在，為了充分利用數(shù)字信號處理的優(yōu)勢，需要借助模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再在數(shù)字域內(nèi)進行處理、傳輸和儲存，因此，ADC作為模擬世界和數(shù)字世界不可替代的橋梁和紐帶，其性能的優(yōu)劣直接影響數(shù)字化電子系統(tǒng)的信號處理能力。然而，傳統(tǒng)電子ADC受時間抖動以及其他硬件技術(shù)的限制，其發(fā)展難以達到現(xiàn)代高速數(shù)字信號處理系統(tǒng)的要求。不過，隨著光學技術(shù)的發(fā)展，利用光學方法對信號進行預處理從而提升電子ADC性能引起了很多人的興趣。它充分發(fā)揮了光波技術(shù)超高速、大帶寬等優(yōu)勢，被認為是有望解決寬帶信號高速、高精度數(shù)字化問題極具潛力的方法和途徑。

光學時間拉伸型ADC是一種被廣泛關(guān)注的光學輔助型ADC，它的原理是首先利用光學方法對寬帶射頻信號進行降頻和帶寬壓縮預處理，再利用相對低速的電子ADC對預處理后的信號進行數(shù)字化，從而等效提升了電子ADC的采樣速率和模擬帶寬，并且有效降低了時間抖動對模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的影響。該技術(shù)方案由美國加州大學洛杉磯分校的B.Jalali教授1998年首次提出。目前，針對有限時間長度的模擬信號，在Chou J,Boyraz O,Solli D R,etal.Femtosecond real-time single-shot digitizer[J].Applied Physics Letters,2007,91(16).中利用單次光學時間拉伸系統(tǒng)，同時借助拉曼放大技術(shù)補償時間拉伸過程中的損耗，已經(jīng)實現(xiàn)了高達250倍的時間拉伸，并且借助采樣速率40GS/s的實時示波器獲得了10TS/s的有效采樣速率，實現(xiàn)了4.5bits的有效位數(shù)。在Peng D,Zhang Z,Zeng Z,etal.Single-shot photonic time-stretch digitizer using a dissipative soliton-based passively mode-locked fiber laser[J].Optics Express,2018,26(6):6519-6531.中，通過在單次光子時間拉伸系統(tǒng)中使用基于耗散孤子的被動鎖模光纖激光器，可以在不進行光放大的情況下獲得了100GS/s的有效采樣率，有效比特數(shù)達4.11比特。對于連續(xù)時間信號，重復的光脈沖序列由第一段色散介質(zhì)拉伸展寬，從而實現(xiàn)時域連續(xù)的光載波。調(diào)制信號經(jīng)過第二段色散介質(zhì)的進一步拉伸展寬，必然會在時域上出現(xiàn)上相鄰脈沖在時域上混疊的問題，致使信號無法區(qū)分，不能完成準確的模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此在Han Y,JalaliB.Continuous-time time-stretched analog-to-digital converter arrayimplemented using virtual time gating[J].IEEE Transactions on Circuits andSystems,2005,52(8):1502-1507.中，利用時間拉伸技術(shù)中時間-波長映射的關(guān)系，信號在時域混疊但在波長域是完全分開的，因此第二段色散介質(zhì)輸出利用波分解復用器進行光譜分割，通過多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字域數(shù)據(jù)重組，最終獲得射頻信號模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。但是，波分解復用器件每個通道的光譜并非矩形(不能完美切割信號)的，尤其是每個通道的邊緣部分非常不理想，因此在后期信號拼接時會出現(xiàn)信號失真；在Chou J,Conway J,Sefler GA,et al.Photonic Bandwidth Compression Front End for Digital Oscilloscopes[J].Journal of Lightwave Technology,2009,27(22):5073-5077.中，利用時間拉伸技術(shù)的時間-波長的映射關(guān)系，先對波分解復用器進行通道的預劃分，通過對每個通道時域上添加延遲線的方式，使得相鄰通道間光譜重疊區(qū)域加大，達到理想的矩形形式。這種方案雖然改善了信號失真現(xiàn)象，但是利用延時線組合將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變的更加復雜，增加了系統(tǒng)實現(xiàn)難度降低了系統(tǒng)性能。因此，如何利用簡單有效的方法來解決信號拼接的失真問題從而提升系統(tǒng)性能是一個亟待解決的問題。