一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电技术领域，特别涉及在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置，有效解决全光量化过程有效位数不高的问题。本发明专利技术具体步骤如下：通过孤子自频移效应使输入的超短光脉冲光谱发生红移，完成“强度到波长”映射，得到自频移后的光脉冲；自频移后的光脉冲通过双向二级光谱压缩部分，重复利用反常群速度色散和自相位调制的共同作用实现光谱压缩，从而实现高精度光量化，同时利用耦合比α≠0.5的光耦合器和高非线性光纤构成的环路降低光谱压缩后伴随产生的光谱基底。本发明专利技术可同时实现低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化效果，简化了系统装置，降低了硬件成本，显著提高了全光量化系统性能。

An all-optical quantization device with low base spectral compression and high quantization accuracy and method thereof

The present invention relates to the field of photoelectric technology, particularly in the all-optical quantization self frequency shift device of a low base effect spectrum all-optical quantization system in high precision compression and quantization based on soliton, effectively solve the problem of all-optical quantization process effective bits is not high. The specific steps of the invention are as follows: the soliton self frequency shift of optical pulse spectrum is red shifted input ultra short, complete the \strength to get pulse wavelength mapping, self frequency shift after the light pulse through the two level; since the bidirectional spectral compression frequency shift after light, repeated use of group velocity dispersion and self the realization of phase modulation spectral compression, so as to realize the high precision optical quantization loop, and use coupling than alpha = 0.5 optical coupler and a high nonlinear optical fiber to reduce the spectral spectrum associated with the basal compression. The invention can realize the full optical quantization effect of low base spectrum compression and high quantization precision, simplifies the system device, reduces the hardware cost, and remarkably improves the performance of all optical quantization system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电
，特别涉及在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种同时实现低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置及方法。
技术介绍
自然界中的大部分信号都以模拟信号存在，而数字信号系统具有高速、高精度、高效率、低成本、低损耗等特点，因此提出了模数转换器(ADC，Analog-to-digitalconverter)得概念。ADC由采样、量化和编码三部分组成。其中采样过程决定了ADC的模拟带宽和采样速率，量化过程决定了ADC的量化精度，通常希望ADC的模拟带宽越宽、采样速率越快、量化精度越高越好。传统电学ADC由于载流子迁移率有限，通常会以降低量化精度为代价来提高采样速率，故很难取得在10GHz以上带宽前提下的高精度突破。光学ADC的提出克服了这一电学瓶颈。对于目前研究较多的光学ADC，根据光学技术在其中所完成的功能，主要分为以下两大类：光学辅助型ADC、全光ADC。其中，全光ADC在光域同时完成信号的采样和量化，充分发挥了光学技术超宽带、超高速、高稳定度等特点，被认为是未来有望突破ADC带宽、速率和精度极限最有潜力的技术之一。在全光ADC中，光量化是一个非常关键的环节，也是信号数字化精度的保障。目前最受业界关注的是基于孤子自频移效应(SSFS，Solitonself-frequencyshift)的光量化技术，2002年，日本大阪大学的T.Konishi等人利用超短光脉冲在高非线性光纤(HNLF，highlynonlinearfiber)中的SSFS效应实现光量化(T.Konishi,K.Tanimura,K.Asano,etal.,All-opticalanalog-to-digitalconverterbyuseofself-frequencyshiftinginfiberandapulse-shapingtechnique.J.Opt.Soc.Am.B,2002,19(11):2817-2823)，其物理本质为：超短光脉冲(亚皮秒量级脉宽)的谱宽很宽，在反常色散的高非线性光纤中传输时，脉冲频谱的高频分量可作为泵浦光，通过拉曼增益有效地放大同一脉冲的低频分量。此过程随脉冲在光纤中传输持续进行,致使能量不断地从高频分量转移到低频分量，表现为孤子频谱的整体红移。对于固定长度的光纤，孤子的自频移量正比于输入光脉冲的强度，因此，光量化通过“强度→波长”映射来实现。基于SSFS的光量化精度正比于自频移量和频移后脉冲谱宽的比值，而通常情况下SSFS后的脉冲谱宽较大，因此，在自频移量有限时，光谱压缩是提高量化精度的有效技术手段。光谱压缩通常利用自相位调制(SPM,self-phasemodulation)引入的正啁啾补偿反常群速度色散(GVD，group-velocitydispersion)引入的负啁啾来实现。2008年，T.Konishi等人在SSFS后利用单模光纤(SMF，single-modefiber)级联HNLF实现光谱压缩，使量化精度达到4bits(T.Nishitani,T.Konishi,K.Itoh.,ResolutionImprovementofAll-OpticalAnalog-to-DigitalConversionEmployingSelf-frequencyShiftandSelf-Phase-Modulation-InducedSpectralCompression.IEEEJ.Sel.Top.Quan.Electron.,2008,14(3):724-732.)。然而一级SMF+HNLF结构获得的光谱压缩比(CR，compressionratio)有限，为了获得更高的量化精度，需要借助多级SMF+HNLF结构实现高的CR。2013年该小组又通过四级SMF+HNLF结构实现SSFS后的光谱压缩，获得了6bits量化精度(K.Takahashi,H.Matsui,T.Nagashima,T.Konishi,Resolutionupgradetowards6-bitopticalquantizationusingpower-to-wavelengthconversionforphotonicanalog-to-digitalconversion.Opt.Lett.,2013,38(22):4864-4867)，但是实验中用到了五段高非线性光纤和四段单模光纤，系统结构复杂，插入损耗较大，并且硬件成本较高，而且光谱压缩后的脉冲光谱通常伴随着基座的存在，其最多可占输出脉冲一半的能量，极大地影响了量化精度的提高，因此如何在简化实验装置的情况下实现多级光谱压缩是急需解决的问题，同时如何消除光谱压缩后脉冲光谱的基座成为另一个技术难点。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置，有效解决全光量化过程有效位数不高的问题。一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置，其包括第一光环行器、第一高非线性光纤、第二光环行器、第一单模光纤、掺铒光纤放大器、第二单模光纤、光耦合器、第二高非线性光纤；第一光环行器的a端口作为输入端，第一光环形器的b端口依次连接第一高非线性光纤和第二光环行器的e端口，第二光环行器的f端口依次连接第一单模光纤和第二光环行器的d端口构成具有反射功能的环路；第一光环行器的c端口依次连接掺铒光纤放大器、第二单模光纤和光耦合器的g端口，光耦合器的i端口依次连接第二高非线性光纤和光耦合器的j端口组成环形回路，光耦合器的h端口作为光量化装置的输出端。一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化方法，其包括以下步骤：步骤1、通过SSFS使输入的超短光脉冲光谱发生红移，完成“强度到波长”映射，得到自频移后的光脉冲；步骤2、自频移后的光脉冲通过反射，重复利用反常群速度色散和自相位调制的共同作用实现二级光谱压缩，同时降低谱压缩伴随产生的光谱基底，实现高精度光量化。上述技术方案中，步骤1的具体方法是：采样后的光脉冲具有相同的中心波长和不同的峰值功率，从第一光环形器的a端口输入，由b端口输出，正向进入第一高非线性光纤中传输。由于SSFS，不同峰值功率的光脉冲其光谱红移量不同，完成“强度到波长”映射，得到自频移后的光脉冲。上述技术方案中，步骤2的具体方法是：由步骤1得到的自频移后的光脉冲正向通过第二光环形器与第一单模光纤构成的环形结构实现反射，并由反常GVD引入负啁啾，然后反向经过第一高非线性光纤，由SPM引入正啁啾，两啁啾相互补偿抵消，实现第一级光谱压缩；第一级光谱压缩后的光脉冲从第一光环行器b端口输入，由c端口输出依次经过掺铒光纤放大器、第二单模光纤以及一个由光耦合器和第二高非线性光纤组成的环路，此环路对第二单模光纤引入的负啁啾进行啁啾补偿，实现第二级光谱压缩，同时利用耦合比α≠0.5的光耦合器和第二高非线性光纤构成的环路降低了光谱压缩后伴随产生的光谱基座。本专利技术的有益效果为：一、通过反射结构使自频移后的光脉冲双向通过单模光纤和高非线性光纤，重复利用反常GVD和SPM的共同作用实现高效光谱压缩，提高了量化精度；二、光谱压缩后不可避免会伴随光谱基座的产生，本专利技术利用耦合比α≠0.5的光耦合器和第二高非线性光纤构成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置，其特征在于：包括第一光环行器(1)、第一高非线性光纤(2)、第二光环行器(3)、第一单模光纤(4)、掺铒光纤放大器(5)、第二单模光纤(6)、光耦合器(7)、第二高非线性光纤(8)；第一光环行器(1)的a端口作为输入端，第一光环形器(1)的b端口依次连接第一高非线性光纤(2)和第二光环行器(3)的e端口，第二光环行器(3)的f端口依次连接第一单模光纤(4)和第二光环行器(3)的d端口构成具有反射功能的环路；第一光环行器(1)的c端口依次连接掺铒光纤放大器(5)、第二单模光纤(6)和光耦合器(7)的g端口，光耦合器(7)的i端口依次连接第二高非线性光纤(8)和光耦合器(7)的j端口组成环形回路，光耦合器(7)的h端口作为光量化装置的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置，其特征在于：包括第一光环行器(1)、第一高非线性光纤(2)、第二光环行器(3)、第一单模光纤(4)、掺铒光纤放大器(5)、第二单模光纤(6)、光耦合器(7)、第二高非线性光纤(8)；第一光环行器(1)的a端口作为输入端，第一光环形器(1)的b端口依次连接第一高非线性光纤(2)和第二光环行器(3)的e端口，第二光环行器(3)的f端口依次连接第一单模光纤(4)和第二光环行器(3)的d端口构成具有反射功能的环路；第一光环行器(1)的c端口依次连接掺铒光纤放大器(5)、第二单模光纤(6)和光耦合器(7)的g端口，光耦合器(7)的i端口依次连接第二高非线性光纤(8)和光耦合器(7)的j端口组成环形回路，光耦合器(7)的h端口作为光量化装置的输出端。2.根据权利要求1所述的一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化装置，其特征在于：光耦合的耦合比为a:1-a，并且α≠0.5。3.一种低基座光谱压缩和高量化精度的全光量化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、输入光脉冲从第一光环形器(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张戌艳，张旨遥，邹新海，杨帆，王舒冰，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