一种基于偏振调制的光学模数转换器制造技术

一种基于偏振调制的光学模数转换器，属于光电技术领域，涉及光电信号处理和光学模数转换器。被采样模拟电流信号均分成的Ｎ路电流调制信号分别通过一个放大电路输入到一个磁感应线圈中；激光器发出的脉冲光经起偏器起偏后的线偏振光经分束器分成Ｎ条光路信号，分别输入到Ｎ条光电支路中：每条光电支路的光信号首先通过磁感应线圈中的磁光效应材料，然后经检偏器检偏后的光信号经光电探测器转换为电信号，再经放大器放大后输入到相应的比较器中进行阈值判决，比较器最终输出数字信号。本发明专利技术能实现传统二进制码和格雷码数字信号输出，具有采样速度快、有效位数高、且两者不互相制约、结构简单、成本费用低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电
，涉及光电信号处理技术，具体涉及基于磁光效应对光波偏振 态进行调制，实现信号模数转换的光学模数转换器。
技术介绍
从计算机、通信、传感到信息存储与显示，从电、磁到声、光乃至生命科学，儿乎所有
都与数字化技术息息相关，其发展水平的高低、应用范围的大小对人们的生活、生 产以及科学研究有着十分密切影响，它已成为国家综合国力强弱的主要标志之一。通常，自 然界的信号是以连续形式存在的(即模拟信号)，为便于信号的存储、处理和传输，须将模拟 信号转换成数字信号，其核心器件是以二进制技术为基础的模数转换器(ADC, Analog-to-digital converter),它是将模拟世界同数字世界联系起来的不可替代的桥梁和纽带。ADC的采样速率与有效位数是衡量ADC性能的关键技术指标。随着科学技术的发展， 数字系统对ADC的性能提出了越来越高的要求，既高(精度)又快(采样)成为人们对ADC 发展的期望。目前，实现ADC的方法主要有基于电子技术和光学技术两种。对于电子ADC， 其设计、制作和封装是建立在以硅材料为基础的微电子工艺技术上的，目前已相当成熟，但 是高釆样速率和高转换精度不可同时兼得，当采样速率增加一倍，其有效位数就减少一位(R.H. Walden， Analog-to-digital converter survey and analysis, IEEE. J. Select. Areas Commun., Vol.17, 1999:539-549),例如，目前有效位数为4位的电子ADC的最高采样速率8Gs/s，而12位的 电子ADC采样速率仅为100Ms/s。若进一歩提高电子ADC性能指标，则将会遇到很大障碍， 这是由于其内部载流子迁移速率与导线尺度限制而存在物理极限，以及比较器的固有不确定 性，因而电子ADC的发展空间十分有限。由于电子ADC的发展面临固有困难，人们开始探 索新的途径来实现模数转换过程。相对电子ADC,光学ADC在速度上具有很大优势，它是实现高速信号数字化的最具潜 力的方法和途径，同时也是目前国际上的研究热点之一。随着下一代光通信网络技术以及光 计算的发展，也迫切需要更高性能的ADC以解决高速、并行的数字光学信息处理，它在微波 信号处理、网络交换、同步以及逻辑运算等方面都将发挥重要作用。近30年来，人们在光学ADC方面做了很多研究工作，提出了许多实现光学模数转换的 方法与途径，归纳起来，主要可分成以下儿类1) 相位调制方法1975年美国洛克维尔国际科学中心的Taylor采用马赫一曾德尔干涉 仪，提出相位调制的电光ADC的方案，理论结果为1 GS/s @6bits(Henry F. Taylor, An optical analog-to-digital converter~design and analysis, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-15: No.4, 1975)。 1982年马萨诸塞州技术研究院林肯实验室R. A. Becker等基于Taylor方案搭建 了 2bks的实验系统，得到lGS/s @2bits的实验结果。1995年加州大学电子工程系B. Jalali 和Y. M. Xie报导了一种光浮点式相位编码光采样方案。2000年华盛顿海军研究实验室Marc Currie提出单路串行相位调制与多点检测方案。这些方案的共同点是信号电压调制光波相 位，即相位调制，其优点是可采用光波导集成元件来直接实现，它有利于系统小型化、集 成化；与电子ADC比较，其电子比较器相对较少；采样信号可用连续波光源或高重频的脉冲 光源，且不需要定时同步。但缺点是调制电极长度随位数增加而指数增长，以致其渡越时 间急剧增加，从而导致其采样速率降低，有效位数与采样速率是相互制约的，这是影响ADC 性能提高的关键因素。2003年，电子科技大学申请了中国专利技术专利"一种集成光学M—Z结 构模数转换器(ZL200310104119.5)",该专利是在泰勒(Taylor)方案的基础上进行了改进， 使每一路的M_Z干涉仪调制电极长度相同，但相邻调制电极上输入调制信号成2倍关系， 这使得最低位与最高位的信号电压成2W倍数关系。这种设计一定程度上缓解了采样速率与有 效位数的矛盾冲突，但是对于高位来说，其调制信号电压很高，容易产牛击穿，因而易损坏 其相应M—Z干涉仪调制单元。2) 强度调制方法1991年，波音高技术研究中心的JohnA. Bell等人利用锁模激光产生 的脉冲作为采样脉冲，RF信号对光脉冲强度调制，采样后的光脉冲经1x4的光开关分为4 路，经光电转换后由电子ADC量化编码。其实验结果为2 GS/s @2.8bits。 2001年，马萨诸 塞州技术研究院林肯实验室J. C. Twichell和P. W. Juodawlkis等人采用双输出的调制器进行采 样，采样后的光脉冲经2个"4的光开关分为4路，经光电转换后由52MS/s⑨12bits的电子 ADC量化，得到208MS/s @12bits的结果；经改进后，可得到505MS/s @12bits的结果。在 此基础上，人们将光通信技术中的时分复用、波分复用、脉冲时域展宽等方法应用到电光ADC 中。1998年加州技术研究院A. Yariv等利用多波长时分复用方法，提出了 100GS/s采样速率 的方案。1999年华盛顿海军研究实验室T. R. Clark等在此基础上搭建了实验系统，得到 10GS/s@5bits的结果。2000年加州大学电子工程系F. Coppinger等利用波分复用和延时反馈 方法，实验上达到12GS/s⑨5bits。2005年香港大学K丄.Lee等人利用类似方案，实现了 20GS/s 的波分采样信号。2006年麻省理工学院F. X. Karttier等人利用超短脉冲光谱展宽技术，实现 对微波信号的强度调制，并基于微环滤波技术，再利用电ADC来实现模数转换。这些方案共 同点是对光脉冲进行强度调制，其关键是需产生定时抖动小、高重频的采样光脉冲序列。其优点是采样速率和有效位数互不制约，采样速率仅依赖光脉冲序列的重复频率，而有效位 数只取决于电子ADC的位数;但是系统性能的提高是以增加系统复杂程度为代价，费用昂贵， 且不易集成；另外，由于采样后信号强烈依赖于脉冲光强，因而要求光源稳定性高以及传输 过程中各种损耗与噪声低。3)波长调制方法2002年佛罗里达大学HenryZmuda等人利用调谐滤波技术，提出了一 种模数转换原理性方案，即采用多量子阱调谐激光来实现光谱采样，并用马赫-曾德尔干涉仪 或光纤布喇格光栅的滤波特性来进行量化、编码。2003年康奈尔大学ChrisXu提出了一种利用 光纤非线性效应的光频率(波长)调制采样方案，即信号电压对光脉冲强度调制，再经EDFA 放大后入射到高非线性的光纤中，利用孤子自频移效应实现光功率到光频移的转换，再将光 路分成多路，用滤波器阵列作为比较器进行量化编码，其理论分析结果能达到40GS/s⑨6bits。 2005年日本Sho-ichiro Oda等人利用EDFA对强度调制的采样光脉冲信号进行放大，然后利用 色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于偏振调制的光学模数转换器，其转换位数为Ｎ位，Ｎ为正整数；包括激光器（１）、偏振光起偏器（２）、光纤分束器（３）、被采样模拟电流信号（９）、Ｎ个放大电路（１０）、Ｎ个磁感应线圈（４）、Ｎ个偏振光检偏器（５）、Ｎ个光电探测器（６）、Ｎ个放大器（７）和Ｎ个比较器（８）；其特征在于，被采样模拟电流信号（９）均分成Ｎ路电流调制信号后分别通过一个放大电路（１０）输入到一个磁感应线圈（４）中；激光器（１）发出波长为λ的单色脉冲光经偏振光起偏器（２）起偏，起偏后的线偏振光经光纤分束器（３）分成Ｎ条光路信号，分别输入到Ｎ条光电支路中：输入每一条光电支路的光信号首先采用具有磁光效应的材料传输并穿过磁感应线圈（４），穿过磁感应线圈的光信号经偏振光检偏器（５）检偏，检偏后的光信号经光电探测器（６）转换为电信号，光电探测器（６）输出的电信号经放大器（７）放大后输入到相应的比较器（８）中进行阈值判决，比较器（８）最终输出数字信号；其中第ｎ光电支路的比较器（８）输出整个模数转换器模数转换结果的第ｎ位数字信号，１≤ｎ≤Ｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雄贵，李和平，廖进昆，陆荣国，罗文，刘永智，刘永，
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]