基于光时域压缩的超高速数模转换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光时域压缩的超高速数模转换方法。首先将超短光脉冲进行时域展宽，得到啁啾光脉冲；然后将电子数模转换器输出的模拟电信号通过电光强度调制器调制于所述啁啾光脉冲上；对调制后光脉冲信号进行时域压缩；最后将时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩的模拟电信号。本发明专利技术还公开了一种基于光时域压缩的超高速数模转换装置。相比现有技术，本发明专利技术无需高速电子开关即可获得更高采样速率的DAC输出，同时保持较大的有效比特位数。

Ultra high speed digital to analog conversion method and device based on optical time domain compression

The invention discloses an ultrahigh speed digital to analog conversion method based on optical time domain compression. The ultrashort pulse time-domain broadening, get chirped pulse; then the analog signal output of the electronic DAC by modulating the electro-optic intensity modulator in the chirped pulse; the modulation light pulse signal time-domain compression; finally the optical signal time-domain compression after photoelectric conversion, analog signal is obtained compression in the time domain. The invention also discloses an ultrahigh speed digital to analog conversion device based on optical time domain compression. Compared with the prior art, the present invention can obtain a higher sampling rate DAC output without requiring a high-speed electronic switch, while maintaining a large effective bit number.

【技术实现步骤摘要】
基于光时域压缩的超高速数模转换方法及装置
本专利技术涉及一种数模转换方法，尤其涉及一种基于光时域压缩的超高速数模转换方法及装置。
技术介绍
数模转换器(DAC)在通信、雷达、电子战、电子系统测试等领域具有广泛应用，器采样速率与转换精度在很大程度上决定了以上系统的性能。目前，单通道电子DAC的采样速率能达到几个吉赫兹(参见[S.Randel,etal.,“Generationofadigitallyshaped55-GBd64-QAMsingle-carriersignalusingnovelhigh-speedDACs,”paper.M2A.3,OpticalFiberCommunicationConf.andExposition2014.])。而光子DAC的采样率虽然能实现>50GHz的采样率，但是调制器的带宽严重限制了系统的性能(参见[AntonellaBogoni,XiaoxiaWu“160Gb/sAll-OpticalBinary-to-QuaternaryAmplitudeShiftKeyingFormatConversion,”OpticalFiberCommunicationConferenceandExposition(OFC/NFOEC),pp.1-3,March,2011])。随着高频宽带系统的快速发展，单通道DAC的采样速率已不能满足很多应用需求，例如，下一代传输速率为400Gb/s或1Tb/s的相干光通信系统迫切需要采样率超过40GSa/s的DAC来产生多电平的正交幅度调制信号(参见[C.LaperleandM.O’Sullivan,“Advancesinhigh-speedDACs,ADCs,andDSPforopticalcoherenttransceivers,”JournalofLightwaveTechnology,vol.31,no.23,pp.3780-3786,Dec.2013.])。多通道DAC结构是一种常用的提升DAC的采样速率的手段，它利用时分复用的原理，将多个通道的低速DAC输出信号在时域复用，可以构建高速的DAC。基于电子技术的多通道DAC通常采用高速开关在多路低速DAC输出信号间进行切换，使不同时刻输出不同低速DAC的信息。由于高速开关的切换速率为低速DAC采样率与通道数目的乘积，这种方法对电子开关速率的要求极高，导致DAC采样速率的提升空间十分受限。此外，高速电子存在的时间抖动大、抗电磁干扰能力差等缺点也限制了利用这种多通道DAC系统的性能。另一方面，利用光子技术虽然可以大幅提高DAC的采样率，但是很难保持电DAC较高的有效比特位数。因此，如何提高多通道DAC结构对采样率的提升上限及改善其性能非常有意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光时域压缩的超高速数模转换方法及装置，无需高速电子开关即可获得更高采样速率的DAC输出，同时保持较大的有效比特位数。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：基于光时域压缩的超高速数模转换方法，首先将超短光脉冲进行时域展宽，得到啁啾光脉冲；然后将电子数模转换器输出的模拟电信号通过电光强度调制器调制于所述啁啾光脉冲上；对调制后的光脉冲信号进行时域压缩；最后将时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩的模拟电信号。在上述方案基础上结合光时分复用技术，还可得到以下技术方案：基于光时域压缩的超高速数模转换方法，首先将超短光脉冲进行时域展宽，得到啁啾光脉冲并将其分为多路；对每一路啁啾光脉冲，分别将一个电子数模转换器输出的模拟电信号通过电光强度调制器调制于其上，并对各路调制后的光脉冲信号施加不同的延时后进行合并；对合并后光脉冲信号进行时域压缩；最后将时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩且具有大的时间宽度的模拟电信号。所述时域展宽及时域压缩可通过各种现有或将有的技术手段实现，优选地，所述时域展宽及时域压缩均通过色散介质的色散作用来实现，且时域展宽与时域压缩所使用色散介质的色散系数值符号相反。根据相同的专利技术思路了还可以得到以下两种超高速数模转换装置：基于光时域压缩的超高速数模转换装置，包括：光源，用于输出超短光脉冲；时域展宽单元，用于对光源输出的超短光脉冲进行时域展宽，从而得到啁啾光脉冲；电子数模转换器，用于将数字电信号转换为模拟电信号；电光强度调制器，用于将电子数模转换器输出的模拟电信号调制于时域展宽单元输出的啁啾光脉冲上；时域压缩单元，用于将电光强度调制器输出的调制后光脉冲信号进行时域压缩；光电探测器，用于对时域压缩单元输出的时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩的模拟电信号。基于光时域压缩的超高速数模转换装置，包括：光源，用于输出超短光脉冲；时域展宽单元，用于对光源输出的超短光脉冲进行时域展宽，从而得到啁啾光脉冲；光分路器，用于将时域展宽单元输出的啁啾光脉冲分为多路；一组电子数模转换器，其数量与啁啾光脉冲所分的路数相同，用于分别将数字电信号转换为模拟电信号；一组电光强度调制器，其数量与电子数模转换器数量相同且一一对应，用于分别将所对应电子数模转换器输出的模拟电信号调制于一路啁啾光脉冲上；一组延迟线，用于对各路调制后的光脉冲信号施加不同的延时；光耦合器，用于将延时后的各路调制后的光脉冲信号进行合并；时域压缩单元，用于将合并后的光脉冲信号进行时域压缩；光电探测器，用于对时域压缩单元输出的时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩且具有大的时间宽度的模拟电信号。优选地，所述时域展宽单元、时域压缩单元均为色散介质，且两者的色散系数值符号相反。进一步地，该装置还包括：光带通滤波器，接于光源与时域展宽单元之间，用于对光源输出的超短光脉冲进行频谱整形。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：1)本专利技术采用光子技术实现超高速的数模转换，无需高速的开关器件，降低了系统对高速器件的要求，能实现更高速率的DAC；2)本专利技术利用脉冲的时域压缩，将低速数模转换信息调制在拉伸后的脉冲信号上，然后将脉冲的时域宽度进行压缩，从而可实现更高速率的DAC输出；3)本专利技术可以利用光时分复用技术，在时域上复用多路信号，从而扩展信号的时域宽度；4)由于低速电子DAC具有很高的有效比特位数，即产生波形的精度高，本方案通过对低速电子DAC的输出进行时域压缩，有望保持较高的有效比特位数，产生的波形精度高。附图说明图1为本专利技术超高速数模转换装置一个具体实施例的结构原理示意图；图2为本专利技术超高速数模转换装置的原理步骤示意图；图3为本专利技术超高速数模转换装置另一个具体实施例的结构原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明：本专利技术的目的是：利用光时域压缩实现数模转换采样率的提升以克服电子多通道DAC采样速率受高速开关器件限制的问题，本专利技术的基本思路是：首先将超短光脉冲在时域拉伸后通过电光调制器调制上低速的电子数模转换器的输出信号；然后将调制后的光信号进行时域压缩，光脉冲包络携带的低速电信号也在时间上被压缩；最后将压缩后的光信号经过光电探测器进行光电转换，得到超高速数模转换的输出信号。为了便于公众理解本专利技术技术方案，下面以一个具体实施例来对其进行进一步详细说明。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光时域压缩的超高速数模转换方法，其特征在于，首先将超短光脉冲进行时域展宽，得到啁啾光脉冲；然后将电子数模转换器输出的模拟电信号通过电光强度调制器调制于所述啁啾光脉冲上；对调制后的光脉冲信号进行时域压缩；最后将时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩的模拟电信号。

【技术特征摘要】
1.基于光时域压缩的超高速数模转换方法，其特征在于，首先将超短光脉冲进行时域展宽，得到啁啾光脉冲；然后将电子数模转换器输出的模拟电信号通过电光强度调制器调制于所述啁啾光脉冲上；对调制后的光脉冲信号进行时域压缩；最后将时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩的模拟电信号。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述时域展宽及时域压缩均通过色散介质的色散作用来实现，且时域展宽与时域压缩所使用色散介质的色散系数值符号相反。3.基于光时域压缩的超高速数模转换方法，其特征在于，首先将超短光脉冲进行时域展宽，得到啁啾光脉冲并将其分为多路；对每一路啁啾光脉冲，分别将一个电子数模转换器输出的模拟电信号通过电光强度调制器调制于其上，并对各路调制后的光脉冲信号施加不同的延时后进行合并；对合并后光脉冲信号进行时域压缩；最后将时域压缩后的光信号进行光电转换，得到在时域上被压缩且具有大的时间宽度的模拟电信号。4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述时域展宽及时域压缩均通过色散介质的色散作用来实现，且时域展宽与时域压缩所使用色散介质的色散系数值符号相反。5.基于光时域压缩的超高速数模转换装置，其特征在于，包括：光源，用于输出超短光脉冲；时域展宽单元，用于对光源输出的超短光脉冲进行时域展宽，从而得到啁啾光脉冲；电子数模转换器，用于将数字电信号转换为模拟电信号；电光强度调制器，用于将电子数模转换器输出的模拟电信号调制于时域展宽单元输出的啁啾光脉冲上；时域压缩单元，用于将电光强度调制器输出的调制后光脉冲信号进行时域...

【专利技术属性】
技术研发人员：张方正，高彬栋，潘时龙，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32