基于全光比较的光子模数转换系统和方法技术方案

一种基于全光比较的光子模数转换系统和方法，光子模数转换系统包括光采样时钟源、被采样信号源、光子采样门、n位全光比较器、光电探测器阵列、数据整合与处理模块等。所述的n位全光比较器即量化位数为n位的全光比较器,n＝1,2,…,N，包括光2

A Photon-to-Digital Conversion System Based on All-Optical Comparison

【技术实现步骤摘要】
基于全光比较的光子模数转换系统和方法
本专利技术涉及光子信息处理，具体是一种基于全光比较的光子模数转换系统和方法。
技术介绍
在当今信息时代，数据的传输、处理、分析，无处不在渗透在生活、军事、科研等方方面面。然而自然界的信号都是以模拟连续的形式存在的，因此模数转换器就成了连接模拟世界与数字世界的桥梁。为了满足信息爆炸时代人们对海量数据的需求以及各个领域对于获取信息质量的要求，模数转换器向更高速率、更高精度发展成为必然趋势。然而，目前基于电子技术的模数转换器在输入带宽、采样速率和量化精度三个关键指标均已接近其物理极限，难以在原有架构上实现进一步提升。近年来，利用光子学大带宽、低抖动优势的光模数转换技术得到了快速的发展。这其中采用光子采样前端与传统电子模数转换器后端结合的方案，因光电子器件性能的不断提升以及集成技术逐渐成熟，得到了长足的发展并已经向实用化迈进。在这种方案中，锁模激光器产生的光脉冲作为光采样时钟，电光调制器作为光子采样门，采样后的模拟信号序列经过光电探测转换为电信号并由后端的电子模数转换器完成数字量化与编码。尽管锁模激光器能够产生高重复频率的采样脉冲，但由于电子模数转换器的转换速率有限，该方案往往需要采用多个通道来降低输入电子模数转换器的信号速率。这在很大程度上增加了系统的复杂度，限制了系统进一步实用化与集成化。随着微波光子学的发展，推动了光模数转换技术向高性能、实用化的方向发展。研究者对于利用光子学技术实现光采样、光量化开展了相应的研究。研究者利用光纤中的非线性效应，可以在光域上实现对光功率的多级量化[C.Xu,etal.,"Photonicanalog-to-digitalconverterusingsolitonself-frequencyshiftandinterleavingspectralfilters."Opticsletters,vol.28,no.12,pp.986-988,2003.]，还有研究者构建了多个电光调制器的阵列来实现对光功率的多级量化[M.Currie,“Opticalquantizationofmicrowavesignalsviadistributedphasemodulation,”JournalofLightwaveTechnology,vol.23,no.2,pp.827-833,Feb.2005.]。然而，目前基于微波光子技术的光采样光量化的全光模数转换系统研究尚处于初步阶段，系统的复杂度较高，有效位数过低。并且仍需要在电域上对量化后的信号进行比较和编码，从而限制了光模数转换系统在精度和速率上的提升。也难以实现满足未来应用需求的集成化与实用化的光模数转换系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于全光比较的光子模数转换系统和方法。该方法基于光子学技术，通过对电光采样后的信号光功率与参考光功率的相对大小进行比较，在光域上同时实现对采样后的光信号的比较、量化，从而实现全光模数转换的过程。极大的简化了原有基于光采样电量化架构的光模数转换系统。该系统有望成为下一代更高速率、更高精度全光模数转换系统的解决方案。本专利技术的技术方案如下：一种基于全光比较的光子模数转换系统，其特点在于，该系统包括光采样时钟源、被采样信号源、光子采样门、n位全光比较器、光电探测器阵列和数据整合与处理模块，所述的n位全光比较器由光2n等分模块、参考光源、单位比较器阵列组成，所述的单位比较器阵列由2n个单位全光比较器并列构成，所述的光电探测器阵列由2n个PD单元并列构成，所述的光采样时钟源的输出端与所述的光子采样门的第一输入端相连，所述的被采样信号源的输出端与所述的光子采样门的第二输入端相连，所述的光子采样门的输出端与所述的n位全光比较器的输入端相连，所述的光2n等分模块的2n个输出端分别与所述的2n个单位全光比较器的第一输入端相连，所述的参考光源的输出端分别与所述的2n个单位全光比较器的第二输入端相连，所述的2n个单位全光比较器的输出端分别与所述的光电探测器阵列的2n个PD单元的输入端相连，所述的2n个PD单元的输出端分别与所述的数据整合与处理模块的2n个输入端相连，其中n＝1,2,…,N，N为2以上的正整数。所述的全光比较器直接在光域上对电光采样后的信号光功率与参考光功率的相对大小进行比较，并将比较结果转化为二进制光信号“0”或“1”。所述的光采样时钟源作为光子模数转换系统的光采样时钟，可采用但不限于被动锁模激光器、主动锁模激光器或调制频率梳等方法实现。所述的被采样信号源为压控振荡器、频综源、模拟信号发生器或任意波形产生器等方法产生的模拟信号。所述的光子采样门利用大带宽调制器实现对高速电信号的采样，光子采样门的输出为携带被采样信号信息的光脉冲序列，所述的光子采样门可采用铌酸锂电光调制器、聚合物电光调制器、硅基集成电光调制器、声光调制器或空间光调制器。所述的n位全光比较器即量化位数为n位的全光比较器,其中n＝1,2,…,N，由光2n等分模块、参考光源、单位比较器阵列组成。所述的光2n等分模块用于将光子采样门输出的信号等分为2n份，可采用光耦合器或阵列波导光栅。所述的参考光源用于产生作为全光比较器阈值功率的参考光，可采用连续激光源、被动锁模激光器或主动锁模激光器所述的单位比较器阵列由2n个单位全光比较器并列构成，其中单位比较器的参考阈值功率分别有2n个值，各个参考阈值根据全光比较器的满量程均匀划分或非均匀划分。所述的单位全光比较器可采用掺饵光纤放大器、拉曼放大器、半导体放大器或可饱和吸收体。所述的PD单元采用PIN管或APD管。所述的数据整合与处理模块为信息处理板卡，用于将二进制电信号整合处理为数字信号。利用上述基于全光比较的光子模数转换系统的光子模数转换方法，其特点在于该方法包括下列步骤：1)所述的光采样时钟源产生光采样时钟信号输入光子采样门，所述的被采样信号源产生的待采样的电模拟信号输入所述的光子采样门加载至所述的光采样时钟信号上，得到携带被采样电模拟信号信息的光脉冲序列；2)所述的携带被采样电模拟信号信息的光脉冲序列经过所述的光2n等分模块等分成2n份光信号，该等分后的光信号分别输入到n位全光比较器中的2n个单位全光比较器的第一输入端，每个单位全光比较器都具有不同的参考阈值功率，共2n个值，所述的参考光源产生功率为参考阈值的参考光，并输入至所述的单位全光比较器的第二输入端，所述的单位全光比较器通过判断输入光信号与参考光功率的相对大小输出二进制的比较结果“0”或“1”；3)二进制光信号的比较结果由所述的光电探测器阵列的2n个PD单元的进行光电转换得到二进制电信号后，输入所述的数据整合与处理模块，该数据整合与处理模块将接收到的二进制电信号转换为数字信号输出，方便进行后续的数字处理。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术采用基于光子技术的全光比较方法，实现在光域上对电光采样后的信号光功率与参考光功率的相对大小进行比较并将比较结果转化为二进制光信号“0”或“1”，避免将光信号经过光电转换后变为电信号再由传统的电子比较器对幅度进行比较和量化，从而减少链路的损耗，保证光信号的质量。2、基于全光比较的光子模数转换方法能够突破原有光模数转换系统中电量化后端的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于，包括:光采样时钟源(1)、被采样信号源(4)、光子采样门(5)、n位全光比较器(7)、光电探测器阵列(8)、数据整合与处理模块(9)，所述的n位全光比较器(7)由光2

【技术特征摘要】
1.一种基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于，包括:光采样时钟源(1)、被采样信号源(4)、光子采样门(5)、n位全光比较器(7)、光电探测器阵列(8)、数据整合与处理模块(9)，所述的n位全光比较器(7)由光2n等分模块(11)、参考光源(12)、单位比较器阵列(13)组成，所述的单位比较器阵列(13)由2n个单位全光比较器(13-1)并列构成，所述的光电探测器阵列(8)由2n个PD单元(8-1)并列构成，所述的光采样时钟源(1)的输出端与所述的光子采样门(5)的第一输入端相连，所述的被采样信号源(4)的输出端与所述的光子采样门(5)的第二输入端相连，所述的光子采样门(5)的输出端与所述的n位全光比较器(7)的输入端相连，所述的光2n等分模块(11)的2n个输出端分别与所述的2n个单位全光比较器(13-1)的第一输入端相连，所述的参考光源(12)的输出端分别与所述的2n个单位全光比较器(13-1)的第二输入端相连，所述的2n个单位全光比较器(13-1)的输出端分别与所述的光电探测器阵列(8)的2n个PD单元(8-1)的输入端相连，所述的2n个PD单元(8-1)的输出端分别与所述的数据整合与处理模块(9)的2n个输入端相连，其中n＝1,2,…,N，N为2以上的正整数。2.根据权利要求1所述的基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于基于所述的全光比较器(13-1)直接在光域上对电光采样后的信号光功率与参考光功率的相对大小进行比较，并将比较结果转化为二进制光信号“0”或“1”。3.根据权利要求1所述的基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于，所述的光采样时钟源(1)采用但不限于被动锁模激光器、主动锁模激光器或调制频率梳等方法实现。4.根据权利要求1所述的基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于，所述的被采样信号源(4)为压控振荡器、频综源、模拟信号发生器或任意波形产生器。5.根据权利要求1所述的基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于，所述的光子采样门(5)采用铌酸锂电光调制器、聚合物电光调制器、硅基集成电光调制器、声光调制器或空间光调制器。6.根据权利要求1所述的基于全光比较的光子模数转换系统，其特征在于，所述的光2n等分模块(11)采用光耦合器或阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹卫文，钱娜，于磊，万钧，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31