一种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电技术领域，特别涉及一种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换方法及装置。本发明专利技术的方法，采用差分去包络技术，通过双输出调制器的互补输出特性，在数字域进行差分处理，消除脉冲包络非均匀性引入的失真，实现去包络的目的。利用环形器让两路互补输出信号在同一段色散介质的两个独立时序中实现拉伸，在降低色散介质成本的同时，保证了拉伸倍数的一致性。更重要的是有效避免了Jalali差分去包络方案对最大拉伸倍数的限制，显著地提高了连续时间光学模数转换系统的有效模拟带宽和有效采样速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电
，特别涉及一种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换 方法及装置。
技术介绍
数字信号系统具有灵活、抗干扰能力强、易处理、变换、加密和集成等诸多优势，然 而自然界中的大部分信号都以模拟信号形式存在，为了充分利用数字系统的优势，人们常 常用模数转换器(ADC，Analog-to_digital converter)将模拟信号转换成数字信号，再在 数字系统中进行信号的处理、传输和存储。于是，ADC成为了构建数字化系统的关键，特别是 在骨干网、电子系统中，对数字化处理的精度、速率和带宽提出了很高的要求。然而，由于载 流子的迀移速率存在物理极限，电子ADC受到诸如采样时间抖动、采样保持电路设置时间、 比较器不确定性、晶体管阈值失配等因素限制，采样速率每增加一倍，有效位数下降一位 (R.H.Walden,Analog-t〇-digital converter survey and analysis , IEEE · J · Select .Areas Commun ·，Vol. 17，1999:539-550)，导致其始终很难取得在 10GHz 以 上带宽前提下的高精度突破。例如，目前最高速的电子模数转换器为美国Tektronix的 16GHz带宽ADC，以及日本Fujitsu的15GHz带宽ADC，但它们的有效位数均低于6位。 光学ADC技术利用光脉冲高速、宽带、高稳定性等优点，完成高速、高精度的采样量 化，被视为同时实现宽带、高精度模数转换的有效途径。按照光学技术在模数变换中所承担 的角色，一般将光学ADC分为光学采样型、光学量化型、光学辅助型和光学采样量化型四种。 其中，光学辅助型ADC是利用光子技术对模拟电信号进行预处理，再用电子ADC进行采样、量 化和编码。光学预处理的目的在于改善电子ADC带宽、速率、量化精度等性能指标。 在光学辅助ADC技术中，最受业界关注的是光学时间拉伸ADC(TS-ADC)，该方案于 1998年由美国加州大学洛杉矶分校的Jalali教授首次提出，它利用光学色散效应对微波信 号进行降频预处理，从而有效提高电子ADC的模拟带宽和采样速率。例如，在拉伸倍数为Μ的 情况下，电子ADC的模拟带宽Β和采样速率S分别提高到和。基本原理是利用色散效应将线性 啁嗽光脉冲展宽，从而将调制在光脉冲上的微波信号同步拉伸降频，再用低速的电子ADC完 成拉伸后微波信号的数字化。目前，单通道瞬态信号处理系统已实现了高达250倍的拉伸系 数，以及10了5/8的有效采样速率，有效位数达4.513^8(1.(：11〇11，0.8〇 7^2,6七 al.Femtosecond real-time single-shot digitizer.Applied Physics Letters，2007， 91(16):161105)〇 然而，TS-ADC仍然存在技术性的关键问题有待解决，其中首要问题就是脉冲包络 的非均匀性。为了提高系统的有效位数，必须去除脉冲包络的非均匀性和脉冲与脉冲间包 络形状变化的影响。目前，最常用的方法是利用双输出MZM双端口的互补特性，将两个输出 端口信号做差分处理。为了用一段色散介质实现两路互补信号的独立拉伸，需要在其中一 个输出端加二分之一重复周期的时延后，再把两路耦合、同步拉伸。如此针对每一个脉冲进 行差分处理就解决了包络随时间变化的问题。2003年，Jalal i教授团队利用该方法，成功对 一个采样速率高达120GS/s，模拟带宽24GHz的光学时间拉伸系统数据，进行了去包络处理 (Y. Han,B.Jalali.Differential photonic time-stretch analog-to-digital converter.Conference on Lasers and Electro-Optics Optical Society of America, 2003)。对于连续时间的光学时间拉伸模数转换系统，待数字化的连续微波信号调制在由线 性啁嗽脉冲首尾相连构成的连续光载波上，再用色散效应将信号与光载波同步拉伸，利用 波分复用器将降频后的信号切割，分别经由光电探测器和电子模数转换器完成光电变换和 数字化转换。然而，连续时间系统的拉伸倍数受限于波分复用的通道数，这是因为拉伸倍数 若大于波分复用的通道数，拉伸后，前后两个脉冲将因为同一波长分量在时间上的重叠而 无法分辨。因此，如果将Jalal i团队的差分去包络技术应用于连续时间系统，最大拉伸倍数 是未应用差分去包络系统的一半。即此时最大有效带宽为，最大有效采样速率为。由此可 见，虽然Jalali团队的差分去包络方案解决了系统包络非均匀性的技术问题，但却以牺牲 拉伸倍数为代价，限制了系统有效带宽和有效采样速率的提升。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出一种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换方法及装 置。 本专利技术的技术方案:一种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换方法，其特征在 于，包括以下步骤： a.通过色散效应对光脉冲进行时间拉伸，获得啁嗽连续光载波； b.用待采样量化的高速模拟信号对连续光载波进行调制，将调制后的信号分路输 出，每一路输出信号经过色散后再输出； c.对步骤b中输出的信号进行光电转换，然后进行采样量化，完成模数转换。 具体的，步骤b的具体方法为： 将连续光载波信号输入双输出电光调制器，双输出电光调制器的一个输出端输出 第一路调制信号，另一个输出端输出第二路调制信号;所述第一路调制信号经过色散介质 后输出，输出信号的拉伸倍数Μ为其中，D1为步骤a中采用色散介质的总色散量， D2为步骤b中色散介质的总色散量;所述第二路调制信号经过相同的色散介质后输出；第一 路调制信号与第二路调制信号具有互补关系。 本专利技术的方法，采用差分去包络技术，通过双输出调制器的互补输出特性，在数字 域进行差分处理，消除脉冲包络非均匀性引入的失真，实现去包络的目的。利用环形器让两 路互补输出信号在同一段色散介质的两个独立时序中实现拉伸，在降低色散介质成本的同 时，保证了拉伸倍数的一致性。更重要的是有效避免了 Jalali差分去包络方案对最大拉伸 倍数的限制，显著地提高了连续时间光学模数转换系统的有效模拟带宽和有效采样速率。 -种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换装置，包括锁模激光器1、第一色散介 质2、偏振控制器3、连续光载波生成装置、双输出电光调制器7、第一环形器81、第二环形器 82、第二色散介质9、第一波分复用器101、第二波分复用器102、光电探测器和电子模数转换 器;所述锁模激光器1的输出端依次通过第一色散介质2、偏振控制器3和连续光载波生成装 置后接双输出电光调制器7;所述双输出电光调制器7的第一输出端接第一环形器的第一端 口，第一环形器的第二端口通过第二色散介质9后接第二环形器的第二端口，第一环形器的 第三端口接第一波分复用器的输入端;双输出电光调制器7的第二输出端接第二环形器的 第一端口，第二环形器的第三端口接第二波分复用器的输入端;第一波分复用器的输出端 和第二波分复用器的输出端接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端接电子模数转换 器的输入端； 所述锁模激光器1用于产生超短本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间拉伸的微波信号光学模数转换方法，其特征在于，包括以下步骤：a.通过色散效应对光脉冲进行时间拉伸，获得啁啾连续光载波；b.用待采样量化的高速模拟信号对连续光载波进行调制，将调制后的信号分路输出，每一路输出信号经过色散后再输出；c.对步骤b中输出的信号进行光电转换，然后进行采样量化，完成模数转换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭迪，张旨遥，马阳雪，李和平，张尚剑，张雅丽，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51