本发明专利技术提供了一种基于级联ＬｉＮｂＯ↓［３］波导Ｍ－Ｚ强度调制器阵列的电光模数转换方法，它是通过设置级联Ｍ－Ｚ强度调制器阵列中的Ｍ－Ｚ强度调制器个数和直流偏置，从而获得对应位的输出光强函数；在级联Ｍ－Ｚ强度调制器阵列的各个Ｍ－Ｚ调制器上施加相同的调制信号电压，对采样光脉冲进行强度调制，从而获得调制信号的光采样；通过光阈值的设置来获得采样光脉冲的相位编码，再经光电转换和比较获得该相位编码，从而实现电光模数转换。本发明专利技术提出的级联ＬｉＮｂＯ↓［３］波导Ｍ－Ｚ强度调制器阵列电光模数转换方法，通过增加级联的强度调制器阵列的个数来提高模数转换的精度，克服了泰勒方案对采样精度的限制，这种限制主要是由于调制器电极长度随位数增加指数增长而导致的。另一方面，又继承了光采样的高采样速率的特点，因而具有高采样精度和高采样速率的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电子
和集成光波导器件领域，他特别涉及到级联结构的LiNb03 波导电光模数转换方法的研究。
技术介绍
模数转换器(ADC)是一种将模拟信号转换为数字信号的器件。模数转换过程一般分为 取样、保持、量化、编码四个步骤。采样速率和分辨率是衡量模数转换器(ADC)的性能两 个最重要的参数。一般衡量模数转换器(ADC)的性能主要是由采样速率和分辨率这两个最重要的参数决 定的。采样速率主要由A/D转换器的采样时间决定,常用单位是KS/s和MS/s。分辩率又称 精度，通常以数字信号的位数来表示，位数越高分辨率越大。模数转换器作为连接模拟与数 字世界的桥梁，在高速信号处理领域，尤其是在宽带雷达、电子侦探、电子对抗、核武器监 控、扩频通信等信息处理系统中都要求达到GS/s以上高转换速率和高比特的转换精度。现在，模数转换器从技术上可以分为三种，即电子半导体模数转换器、超导材料模数转 换器和光学模数转换器。超导材料模数转换器对环境要求高，需要超低温工作环境，因此使 用范围受到限制。对于目前广泛使用的电子模数转换器，由于载流子迁移率有限，因而难以 获得数十GS/s的采样速率和高的有效精度。近年来的高速的电子ADC产品，其性能均低于 10GS/s， 1 Obits (见文献R. H. Walden, Analog-to-digital converter survey and analysis, J. Select. Areas Commun., Vol.17, 539-550(1999))，很难满足微波信号数字化的电子要求，成为限制高 速信号处理领域的瓶颈。因此,要实现对高速信号的模数转换,就必须寻求新的突破。基于上述理由，引入了光学模数转换技术以及如今的光电混合方式的模数转换技术。光 电模数转换器一般分为光时分复用ADC、光波分复用ADC、时域展宽电光ADC以及相位编 码ADC。光时分复用ADC，利用光时分复用OTDM技术使不同时序的采样光脉冲解复用，分别 进入平行的多个量化通道，每个量化通道中用一个低速的电ADC进行模数转换，这样既可以 降低对电ADC的要求同时也保证了高的量化精度。2001年P.Joudawl ki s及J.C.Twi chell采 用此方法，应用8个63MS/s， 14bits的电ADC获得总体505MS/s， 8.2bits的效果。(见文献 Paul. W. Juodawlkis， J. C. Twichell， etc. Optically sampled analog-to-digital converter J.IEEE Transactionson microwave theory and techniques,2001 ,vol.49(10): 1840-1852 )光波分复用ADC，利用波分复用OWDM技术，其思路同光时分复用ADC基本一致， 不同的是将N个波长的采样光脉冲安排在不同的时序上，被调制的光脉冲序列经光波分解复 用后分成N路波长通道，再经过电检测、量化输出。1999年A,S.Bhushan及F.Coppinge等人 采用宽光谱光源及光线色散来产生连续的光载波，经过RF信号调制后用带有延时反馈AWG 选出N个不同波长的已采样光脉冲安排在不同时序和不同的通道中，构成了波分复用电光 ADC (见文献A.S.Bhushan,F.Coppinger and B.jalali. Nondispersive wavelength-division sampling Optics letters,1999,vol.24,(ll):738-740)5脉冲时域展宽ADC，针对高频率模拟信号，在信号调制到采样光脉冲上后，利用色散元 件将光脉冲在时域上展宽，然后利用OTDM或者OWDM技术量化。这样可以降低对电ADC 釆样速率的要求，使整个系统的采样频率提高N倍。1998年A.S.Bhushan及F.Coppinger等 人利用此技术结合波分复用使电光ADC采样速率进一步提高到150GS/s。(见文献 A.S.Bhushan,F.Coppinger and B.jalali. 150G samples/s wavelength division sampler with time-stretched output J.Electron丄ett,1998,vo1.34, (5):474-475)相位调制ADC有别于前三个系统，它是直接在光学领域将调制信号量化，省去了定时同 步的麻烦。突出的优点在于可以用集成光波导器件(如M-Z结构和F-P结构的集成光波导调 制器)在光学领域完成调制信号的量化，更利于系统小型化、器件化。相位调制ADC是利用光通过电光晶体的相位改变与调制电压^的线性关系，通过检测 光信号的相位变化量来量化调制电压R 。此方法是由泰勒1975年提出的利用调制电压K 与光信号相位改变量的线性关系，发展了相位编码光采样技术直接将信号在光域中量化。但是，泰勒方案在提高转化精度上受到器件参数的限制，它要求强度调制器电极长度随 位数指数增加，因此采用泰勒方案设计一个5bit光电模数转化器需要电极长度达到基本长度 的16倍，使得采用泰勒方案设计高精度的电光模数转换器十分困难。同时，由于电极长度的 指数增加也使得光脉冲的渡越时间延长，从而限制了最高调制信号的频率。总之，目前模数转换器的发展方向就是提高转换精度的同时提高采样速率，而目前电子 ADC已经跟不上高速的数字信号处理的发展速度，因此需要发展光电ADC，同时克服光电 ADC对于器件要求复杂和难以小型化的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种级联结构的LiNb03波导电光模数转换方法，它具有高的采样速 率和精度，同时又克服了泰勒方案对采样精度的限制。为了方便地描述本专利技术的内容，首先做术语定义定义1级联Wl-Z强度调制器的输出光强函数Mach-Zehnder(M-Z)强度调制器的工作过程是输入光波经一个Y分支器3dB分束 后输入两个直波导，通过在电光效应作用下的两个直波导传输后，再经3dB合束器输 出。单个两臂对称的LiNb03波导M-Z强度调制器，在调制电压K"的作用下，由于电 光效应改变了波导折射率，使输入光波在M-Z强度调制器两臂中传输产生相位差为其中，F,"是外加信号电压，K为调制器的半波电压，￡为调制电极长度，G为调制电极 与接地电极间距，ne为非寻常光折射率，Y33是电光系数，Y33=30.8pm/V。因此，在不考虑损耗的情况下，LiNb03波导M-Z强度调制器的输出光强随调制电压 变化关系如下(见教材姚建铨，于意仲等，光电子技术，高等教育出版社2006.5， P294-295):<formula>formula see original document page 6</formula>根据单个M-Z强度调制器的输出来确定n个M-Z强度调制器级联输出。将两个M-Z强 度调制器进行级联，级联方式如图l所示。输入光波经过第一个M-Z强度调制器后输出光强 表达式为<formula>formula see original document page 7</f本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种级联结构的ＬｉＮｂＯ↓［３］波导电光模数转换方法，其特征是它包含以下步骤： 步骤１器件的选择 本专利技术提出的级联结构的ＬｉＮｂＯ↓［３］波导电光模数转换方法中使用的Ｍ－Ｚ强度调制器的半波电压均一致，为Ｖ↓［π］；本专利技术使用的Ｙ 分支器均为３ｄＢ分束。 步骤２第一位的参数设置及光强输出 步骤２ａ从锁模激光器发出的采样光脉冲经过Ｙ分支器平均分为两路后，其中第一路光进入本级Ｍ－Ｚ强度调制器，被Ｍ－Ｚ强度调制器强度调制后，其输出光强作为电光模数转换的第一位输出 ；第二路光作为第二位的输入，直接进入第二级Ｍ－Ｚ强度调制器阵列。 步骤２ｂ本级Ｍ－Ｚ强度调制器的直流偏置电压设置为Ｖ↓［ｂ１］＝－０．５Ｖ↓［π］，得到电光模数转换的第一位的输出光强： Ｉ↓［１］＝Ｉ↓［０］ｃｏｓ↑［２］（πＶ ↓［ｉｎ］／２Ｖ↓［π］－π／４） 步骤３第二位的参数设置及光强输出 步骤３ａ步骤２ａ中经过Ｙ分支器分出的第二路光进入第二级的Ｍ－Ｚ强度调制器进行强度调制后，输出的光再经Ｙ分支器平均分为两路，其中第一路光作为电光模数转换的第二位 输出；第二路光作为第三位的输入。 步骤３ｂ第二级Ｍ－Ｚ强度调制器的直流偏置电压设置为Ｖ↓［ｂ２］＝０，得到电光模数转换的第二位的输出光强： Ｉ↓［２］＝Ｉ↓［０］ｃｏｓ↑［２］（πＶ↓［ｉｎ］／２Ｖ↓［π］） 步骤４第三位 的参数设置及光强输出 步骤４ａ把步骤３ａ中经过Ｙ分支器分出的第二路光由光放大器放大４倍后，进入第三级Ｍ－Ｚ强度调制器进行强度调制。 步骤４ｂ第三级Ｍ－Ｚ强度调制器输出的光再经Ｙ分支器平均分为两路，其中第一路光作为电光模数转换的第 三位输出；第二路光作为第四位的输入。 步骤４ｃ第三级Ｍ－Ｚ强度调制器的直流偏置电压设置为Ｖ↓［ｂ３］＝Ｖ↓［π］，得到电光模数转换的第三位的输出的光强： Ｉ↓［３］＝ＲＩ↓［２］ｃｏｓ↑［２］（πＶ↓［ｉｎ］／２Ｖ↓［π］＋π／ ２）＝Ｉ↓［０］ｓｉｎ↑［２］（２.πＶ↓［ｉｎ］／２Ｖ↓［π］） 步骤５第四位的参数设置及光强输出 步骤５ａ使用两个Ｍ－Ｚ强度调制器级联构成第四级Ｍ－Ｚ强度调制器阵列。 步骤５ｂ把步骤４ａ中经过Ｙ分支器分出的第二路光用光 放大器放大１６倍后，进入第四级Ｍ－Ｚ强度调制器阵列进行强度调制。 步骤５ｃ第四级Ｍ－Ｚ强度调制器阵列输出的光再经Ｙ分支器平均分为...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，周晓丽，张谦述，张尚剑，段嫔香，杨亚培，戴基智，刘永智，李和平，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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