一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电技术领域，具体涉及在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法，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：（1）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→波长”映射；（2）自频移后的光脉冲通过双向三级光谱压缩部分，重复利用反常群速度色散和自相位调制的共同作用实现高效的光谱压缩，从而实现高精度光量化。本发明专利技术利用双向三阶级联光谱压缩结构使输入的超短光脉冲发生自频移并压缩自频移后的光脉冲,简化了系统装置，降低了硬件成本，并具有较强的可扩展性。

High precision all-optical quantization device and method based on bidirectional scalable multi class band spectrum compression structure

The present invention relates to the field of photoelectric technology, particularly on a soliton self frequency shift effect all-optical quantization system in double scalable multi class combination of spectral compression of high precision optical quantization method and device based on the structure, effectively solve the problem of the effective number of bits is not high optical quantization process. The specific steps of the invention are as follows: (1) the soliton self frequency shift of optical pulse spectrum is red shifted input ultra short, complete the \intensity, wavelength mapping; (2) self pulsing through two-way three spectral compression frequency shift after light, repeated use of group velocity dispersion and self phase modulation to achieve efficient spectral compression, so as to realize the high precision optical quantization. The invention uses two-way three cascaded spectral compression structure of optical pulse generation self frequency shift and pulse compression of self frequency shift after light input ultrashort simplifies the system, reduces the cost of hardware, and has strong scalability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法
本专利技术涉及光电
，具体涉及在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法。
技术介绍
模数转换器（ADC，Analog-to-digitalconverter）用于将连续模拟信号转换成离散数字信号，是信息处理系统中的关键器件，在高速宽带通信系统、雷达信号处理、信号监测及处理等领域有着重要应用。按照实现机理，ADC分为以下三类：超导材料ADC、电子学ADC和光学ADC。超导材料ADC受材料特性限制必须工作在超低温环境下，这大大制约了其应用范围。电子学ADC目前应用最为广泛，但由于载流子迁移速率存在物理极限，其带宽和速率有限，并且由于受到诸如采样时间抖动、比较器不确定性等因素的限制，通常采样速率每提高一倍，有效位数下降一位（R.H.Walden,Analog-to-digitalconvertersurveyandanalysis,IEEE.J.Select.AreasCommun.,Vol.17,1999:539-550），因此，电子学ADC始终很难在带宽10GHz以上获得高量化精度。例如，目前最高速的电子学ADC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。随着锁模激光技术的发展，光学ADC的研究不断涌现。目前，锁模激光器能够产生重复频率10GHz以上的高稳定度光脉冲序列，时间抖动通常在10fs量级，比电脉冲的时间抖动（0.5ps-2ps）低2个数量级以上，因此，以光脉冲作为采样脉冲明显优于电脉冲，其根本原因在于：对于高速采样区间，采样时间抖动引入的噪声是导致ADC信噪比降低（有效量化位数降低）的主导因素，光学ADC的理论极限为采样速率10GS/s时有效量化精度>10bits，该指标远高于电子学ADC。同时，由于光学带宽巨大，锁模激光器输出的超短光脉冲宽度可低至亚ps量级，借助时分复用和波分复用技术可以获得重复频率高达数百GHz的超短光脉冲序列，并且电光调制器的电学带宽可达数十GHz以上，因而有望使光学ADC获得100GS/s以上的采样速率以及高达数十GHz的模拟带宽（G.C.Valley,Photonicanalog-to-digitalconverters,Opt.Express,2007,15(5):1955-1982）。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中的低频分量。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。
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基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法。一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置，包括第一光环行器、第一高非线性光纤、第一单模光纤、第二高非线性光纤、第二光环行器、掺铒光纤放大器、第二单模光纤。所述装置的连接方式是：第一光环行器的a端口作为光量化装置的输入端口；第一光环形器的b端口依次接第一高非线性光纤、第一单模光纤、第二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端口通过依次连接掺铒光纤放大器、第二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端口作为光量化装置的输出端口。本专利技术的技术方案：一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化方法包括以下步骤：（1）通过SSFS使输入的超短光脉冲光谱发生红移，完成“强度-波长”映射；（2）自频移后的光脉冲通过反射结构，重复利用反常GVD和SPM的共同作用实现三级光谱压缩，从而实现高精度光量化。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置，包括第一光环行器（1）、第一高非线性光纤（2）、第一单模光纤（3）、第二高非线性光纤（4）、第二光环行器（5）、掺铒光纤放大器（6）和第二单模光纤（7）。

【技术特征摘要】
1.一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置，包括第一光环行器（1）、第一高非线性光纤（2）、第一单模光纤（3）、第二高非线性光纤（4）、第二光环行器（5）、掺铒光纤放大器（6）和第二单模光纤（7）。2.根据权利要求1所述的一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置，其特征在于，所述第一光环形器（1）的a端口作为光量化装置的输入端口；第一光环形器（1）的b端口依次接第一高非线性光纤（2）、第一单模光纤（3）、第二高非线性光纤（4）、光环行器（5）的e端口；光环行器（5）的f、d端口通过掺铒光纤放大器（6）和第二单模光纤（7）连接构成环路；第一光环行器（1）的c端口作为光量化装置的输出端口。3.一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化方法，其特征在于，包括以下步骤：（i）输入光脉冲从光环形器（1）的a端口输入，由b端口输出，正向进入第一高非线性光纤（2），通过孤子自频移效...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旨遥，张戌艳，杨帆，王舒冰，袁飞，
申请(专利权)人：成都卓力致远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51