一种大串并转换比的光串并转换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大串并转换比的光串并转换系统，包括时域傅里叶变换采样系统和大串并转换比系统，时域傅里叶变换采样系统由色散介质，偏振控制器，马赫曾德尔调制器组成；大串并转换比系统由波分复用器、信道均衡器、光电探测器和电子ADC组成；宽谱光窄脉冲经过色散介质形成带有线性啁啾的恒幅光脉冲，经过偏振控制器到达马赫曾德尔调制器对波形信号进行采样，之后进入大串并转换比系统，通过波分复用器分离出携带有波形信号不同时间点的幅度信息不同中心波长的光载波信号，经过信道均衡器到达光电探测器转化为电微波信号，之后通过电子ADC进行量化。本发明专利技术不但简化了传统光串并转换的过程，而且可以实现几十路，甚至上百路的串并转换。

A light string and conversion system with large series of conversions

The invention discloses a large string and convert the string and conversion ratio of the optical system, including Fourier transform time domain sampling system and serial parallel conversion ratio system, system is composed of dispersion, polarization controller sampling and Fourier transform, Maher Del had big string and conversion modulator; composition system consists of a wavelength division multiplexer, channel equalizer, photoelectric detector and electronic ADC; wide spectrum optical pulse through the dispersion medium formed with linear chirp constant amplitude pulses of light through a polarization controller to Maher had Del modulator on waveform signal sampling, after entering the big string and conversion ratio system with optical carrier signal amplitude information of different wavelength signals at different time the separated by WDM, after the channel equalizer reaches the photodetector into the microwave signal, through electronic AD C is quantified. The invention not only simplifies the process of traditional light string and transformation, but also can realize dozens of paths and even the series and conversions of hundreds of roads.

【技术实现步骤摘要】
一种大串并转换比的光串并转换系统
本专利技术涉及一种光串并转换技术，尤其涉及一种基于时域傅里叶变换的大串并转换技术。
技术介绍
灵活性大、可靠性高的数字信号处理技术为人类社会的方方面面带来了革命性的发展。要实现模拟信号到数字信号的转化，模数转换(AnalogtoDigitalConverter，简称ADC)是其关键技术。随着人们对信息认知、获取、传输的速率和精度的要求的不断提升，人们对高带宽、高采样率、高量化精度的ADC技术的需求也日益迫切。然而传统电ADC技术受限于电子孔径抖动和电子渡越时间不确定性，其采样速率和带宽无法得到同时提升。所以，为了克服电ADC的瓶颈，研究人员开始采用光学采样的方法来提高ADC的采样速率，这样结合光学采样和电量化技术构建的新型光子ADC可以突破电ADC的速率瓶颈，是ADC技术达到高速高精度的可靠途径，也是目前国内外研究的热点之一。光子ADC的采样速率由电量化的速率和光串并转换的转换比的乘积决定。事实上，为了保证高量化精度，采用的电量化器件的速率就不能过高(低于GSa/s)。这样要实现超高采样率(亚T至TSa/s量级)的光子ADC的核心就在于大串并转换比(>100)的高速光串并转换。但在现有的光采样实验报道中，由于采用的超窄光脉冲源的谱宽很宽，不管是采用OTDM技术还是波-时分源技术，可以实现的串并转换比均受到很大限制(一般不超过20)。实际上这是目前光子ADC进一步提高采样率和精度的关键问题，而这就要求通过新的机理实现大串并转换比(>50)。而要将其应用于ADC，新的机理带来的时间不确定性问题也是一个不可回避的研究问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于时域傅里叶变换的大串并转换技术，简化了传统光串并转换的过程，并实现大串并转换比。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种大串并转换比的光串并转换系统，包括时域傅里叶变换采样系统和大串并转换比系统，所述时域傅里叶变换采样系统由一段色散介质，偏振控制器，马赫曾德尔调制器组成；所述大串并转换比系统由波分复用器、信道均衡器、光电探测器和电子ADC组成；宽谱光窄脉冲经过所述色散介质进行色散走离，形成带有线性啁啾的恒幅光脉冲，该线性啁啾的恒幅光脉冲经过所述偏振控制器到达所述马赫曾德尔调制器对波形信号进行采样；采样后的脉冲信号进入所述大串并转换比系统，通过所述波分复用器分离出不同中心波长的光载波信号，所分离出的不同中心波长的光载波信号携带有波形信号不同时间点的幅度信息，经过所述信道均衡器到达所述光电探测器转化为电微波信号，之后通过所述电子ADC进行量化。进一步讲，本专利技术中，所述波分复用器的路数为10路至100路，通过选用波分复用器的路数调节系统的串并转换比。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提出的基于时域傅里叶变换采样的大串并转换技术，可以极大地简化光子ADC中光串并转换的步骤。(2)本专利技术提出的基于时域傅里叶变换采样的大串并转换技术，可以实现直接实现非常大(>50)的串并转换比。本专利技术操作简单易行，基于上述优点，本专利技术可广泛应用于光通信、光模数转换、激光雷达、微波光子学等领域。附图说明图1为本专利技术大串并转换比的光串并转换系统的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。本专利技术的设计思路是：光子ADC的采样速率由电量化的速率和光串并转换的转换比的乘积决定。而如今的电ADC量化技术已经非常成熟，可以做到对10GHz量级的采样信号进行高精度的量化，所以串并转换技术成为制约光子ADC采样速率提升的关键。本专利技术采用线性啁啾光信号进行光采样，简化了光串并转换的过程。实现此方案的关键因素是线性啁啾光信号的产生。如图1所示，本专利技术提出的一种大串并转换比的光串并转换系统，包括时域傅里叶变换采样系统和大串并转换比系统。所述时域傅里叶变换采样系统由一段色散介质2，偏振控制器3，马赫曾德尔调制器4组成；所述大串并转换比系统由波分复用器5、信道均衡器6、光电探测器7和电子ADC9组成。所述波分复用器5的路数为10路至100路，通过选用波分复用器5的路数调节系统的串并转换比。谱宽为10～20nm的宽谱光窄脉冲1经过所述色散介质2进行色散走离，形成带有线性啁啾的恒幅光脉冲，该线性啁啾的恒幅光脉冲经过所述偏振控制器3到达所述马赫曾德尔调制器4，待采样的波形信号8也进入所述马赫曾德尔调制器4，线性啁啾的恒幅光脉冲对波形信号进行采样；采样后的脉冲信号进入所述大串并转换比系统，通过所述波分复用器5分离出不同中心波长的光载波信号，所分离出的不同中心波长的光载波信号携带有波形信号不同时间点的幅度信息，经过所述信道均衡器6到达所述光电探测器7转化为电微波信号，之后通过所述电子ADC9进行量化。现如今的光脉冲的谱宽可以做到10几纳米，25GHz的密集波分复用器的带宽为0.2nm，本专利技术所以可以实现几十路，甚至上百路的串并转换，即串并转换比为几十甚至上百。本专利技术采用了一种简单、低成本的方案解决窄带光脉冲的线性啁啾问题，利用光脉冲在色散介质中实现频-时变换的方法来得到线性啁啾光脉冲信号。窄带光脉冲在色散介质(如光纤)中的冲激响应可以表示为：式中Φ0＝Φ(ω0)为光相位，为群时延，表达了传输介质的一阶色散。公式(1)描述了窄带脉冲在提供恒定幅度响应和二次相位响应(线性群时延)的色散介质(如单模光纤)中传输发生的色散失真。光脉冲在色散介质中的传输方程相似于旁轴光束在空间传播时在夫琅禾费近似(一种远场近似)条件下的传输方程。旁轴光束在空间中传播时，在夫琅禾费近似条件下，当传输距离d足够大时，z＝d平面上的旁轴上得到的光场强度是z＝0平面上光场强度的二维傅里叶变换。夫琅禾费近似条件如下式所示：式中△x1表示光场传输受限于圆的半径，d表示传输距离，λ为光的波长。公式表明夫琅禾费近似的限定条件是光波在半径为△x1的圆内进行传播。接下来对光窄脉冲在色散介质中传输进行分析。通过光脉冲在色散介质中传输与旁轴光束在空间中传播的相似性，我们可以利用色散元件(如光纤)对光脉冲信号进行频域到时域的傅里叶变换。输出信号表达式可以通过输入信号(t)与公式(4-1)中的冲激响应函数h(tR)卷积得到，其表示为假设的线宽受限于一个非常小的值△t1，并且色散系数足够大，那么可以得到公式(4)是夫琅禾费近似条件的时域模拟。此时相位因子可以忽略不计，所以公式(3)可以近似为公式中是输入信号的傅里叶变换。由公式(5)中可以看出输出波形信号与输入波形信号的傅里叶变换成正比。公式(5)成立条件是公式(4)的时域夫琅禾费近似条件，此时的色散系数足够大，由公式(5)可以得出脉冲在色散元件中走离成接近恒幅的线性啁啾脉冲。因此，只要能提供足够的色散系数，光脉冲就可以走离成带有线性啁啾的恒幅脉冲信号。宽谱窄脉冲的不同频谱分量在色散介质中走离，从而输出我们需要的带有线性啁啾的光信号。假设通过长光纤后，光脉冲经时域傅里叶变换变为理想恒幅线性啁啾脉冲，则公式(5)中的输出波形表达式可以写为式中，t'＝t-kT，k为整数，且t'满足-T/2<t'≤T/2。ω0为光载波的中心频率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大串并转换比的光串并转换系统，其特征在于，包括时域傅里叶变换采样系统和大串并转换比系统，所述时域傅里叶变换采样系统由一段色散介质(2)，偏振控制器(3)，马赫曾德尔调制器(4)组成；所述大串并转换比系统由波分复用器(5)、信道均衡器(6)、光电探测器(7)和电子ADC(9)组成；宽谱光窄脉冲(1)经过所述色散介质(2)进行色散走离，形成带有线性啁啾的恒幅光脉冲，该线性啁啾的恒幅光脉冲经过所述偏振控制器(3)到达所述马赫曾德尔调制器(4)并对待采样的波形信号(8)进行采样；采样后的脉冲信号进入所述大串并转换比系统，通过所述波分复用器(5)分离出不同中心波长的光载波信号，所分离出的不同中心波长的光载波信号携带有波形信号不同时间点的幅度信息，经过所述信道均衡器(6)到达所述光电探测器(7)转化为电微波信号，之后通过所述电子ADC(9)进行量化。

【技术特征摘要】
1.一种大串并转换比的光串并转换系统，其特征在于，包括时域傅里叶变换采样系统和大串并转换比系统，所述时域傅里叶变换采样系统由一段色散介质(2)，偏振控制器(3)，马赫曾德尔调制器(4)组成；所述大串并转换比系统由波分复用器(5)、信道均衡器(6)、光电探测器(7)和电子ADC(9)组成；宽谱光窄脉冲(1)经过所述色散介质(2)进行色散走离，形成带有线性啁啾的恒幅光脉冲，该线性啁啾的恒幅光脉冲经过所述偏振控制器(3)到达所述马赫曾德尔调制器(4)并对待采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晋龙，包文强，王菊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12