[發明專利]一種基于脈沖位置調制的光學模數轉換裝置及方法

有效

• 申請號: 202110136807.8
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112748622B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張秋林;池灝;楊淑娜;楊波;翟彥蓉;歐軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02F7/00
• 分類號: G02F7/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種基于脈沖位置調制的光學模數轉換裝置，包括：模擬信號接口，用于接收模擬信號；脈沖位置調制模塊，用于根據模擬信號輸出模擬信號脈沖；鎖模激光器，用于產生光脈沖；色散器件，用于接收光脈沖、輸出啁啾光脈沖；馬赫?曾德爾電光調制器，用于根據模擬信號脈沖和啁啾光脈沖發送攜帶不同波長信息的調制脈沖；分束器，將調制脈沖送至每個濾波器；每個濾波器允許通過的特定頻率范圍不同；每個濾波器分別連接一個數字接收器，數字接收器根據接收的調制脈沖輸出數字信號。本發明的裝置及方法，轉換過程均為線性且穩定，且用簡單的結構實現了高量化級的模數轉換，易于操作和集成化。

技術領域

本發明屬于技術領域，具體涉及一種基于脈沖位置調制的光學模數轉換裝置及方法。

背景技術

模數轉換器(analog-to-digital converter,ADC)是連接現實世界和數字系統的重要橋梁。在我們實際生活中常見的信號均為模擬信號，但是模擬信號在傳輸中極其不穩定，因為外界環境，特別是外界的噪聲，極易影響模擬信號的性質。因此將不穩定的模擬信號轉換為性質較為穩定的數字信號進行傳輸是科學技術發展的必然趨勢，這是基于數字信號有著抗干擾能力強、可靠性高和安全性好等優點。然而傳統的電ADC因為其在采樣時鐘精度和采樣保持電路弛豫時間等方面很難突破限制，所以電ADC的轉換速度、轉換精度都比較低。而在許多領域，比如超寬帶通信、人工智能系統、軟件無線電、電子偵察等領域，它們要求較高的模數轉換速率。超導量子阱技術和光學技術的出現打開了新的ADC的大門，將這些技術運用到ADC中，可以突破電子ADC的限制，與超導量子阱技術相比，光學技術對溫度要求不那么嚴苛，因此將一些光學技術運用在ADC的光學ADC成為優化ADC的主要手段。

G C.Valley,“Photonic Analog-to-Digital Converters”,Optics Express,2007,15(5):1955-1982中將光學模數轉換(photonic Analog-to-Digital Conversion,PADC)大致分為四類：光學輔助ADC、光學采樣電量化ADC、光學采樣光量化ADC、電采樣光量化ADC。Taylor,H.“An optical analog-to-digital converter-Design and analysis”,IEEE Journal of Quantum Electronics,1979,15(4):210-216中Taylor提出了一種將光學知識運用到ADC上的方案，該方案利用了電極長度以2的倍數幾何增長的并列馬赫-曾德爾電光調制器陣列實現了光量化，并對馬赫-曾德爾調制器的調制曲線分別進行閾值比較，得到數字信號，該方案中若要實現更高比特的ADC則要求調制器電極長度無限增加，即對半波電壓要求較高，所以該方案很難實現高精度量化。J.Stigwall,S.Galt.“Interferometric analog-to-digital conversion scheme,”IEEE PhotonicsTechnology Letters,2005,17(2):468-470中，Stigwall提出了一種移相光量化的全光模數轉換方案，該方案以馬赫-曾德爾干涉儀的兩臂作為采樣器，其中一臂上加一個相位調制器經過PM調制后的光和未被調制的光再進行干涉，在干涉面上產生干涉圖樣，通過探測器陣列的位置擺放及比較閾值來完成對采樣光的量化，數字信號以格雷碼的形式展示，此種方案從原理上避免了對低半波電壓的調制器的需求，但由于輸出是格雷碼，也即N路探測通道只能區分2N個量化等級，量化的效能降低。C Xu,X Liu.“Photonic analog-to-digitalconverter using soliton self-frequency shift and interleaving spectralfilters”.Optics Letters,2003,28(12):986-988中，Chris Xu提出利用光孤子自頻移將采樣后的信號按照光功率大小轉換為相應的頻率大小問題，再利用濾波器對信號進行濾波即可實現光學量化，該方案結構簡單，若想提高量化精度，則需提高自頻移范圍，即壓縮頻譜寬度，頻譜壓縮是一項仍需研究的工作，且由于所用來光孤子自頻移的器件高非線性光纖不僅有光孤子自頻移現象，還有其他非線性效應存在，因此控制其頻移量也是一個問題。因此，需要一種簡單有效的結構來實現高量化級的模數轉換，且轉換過程最好為線性且穩定。