[发明专利]全光比较器

说明书

技术领域

本发明涉及全光比较器，属于光电子技术领域。

背景技术

在光电子技术领域，将模拟信号转换为数字信号不用电子比较器一直是人们所期望的。

当前，数字化技术已成为信息化社会发展的标志和方向，其应用得到迅速的发展与推广，包括计算机、通信、传感、信息存储与显示，从电、磁到声、光乃至生命科学，几乎所有信息技术都向数字化方向发展。从电子学发展起来的二进制技术是数字技术的核心，并逐渐渗透到各个领域，甚至光子计算机的发展亦未能突破这一方式。

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)，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，它不仅可充分发挥计算机技术的作用，而且还可大大提高系统的抗干扰能力。尤其在科学实验观测、自动控制、航天航空、卫星、遥控遥测、微波信号处理等尖端技术领域，数字技术的作用与地位日益突出。

目前，实现ADC的技术主要有3种：电子学半导体技术、超导量子阱技术和光学技术。电子学硅集成ADC技术具有制造技术成熟、成本低、使用范围广等诸多优点，在相对较低转换速率区间已成功地得到广泛应用；但对于高速转换速率，即使用高迁移率半导体材料(如GaAs和InP等)和提高迁移率技术(如SiGe HBT技术、InP/InGaAs HBT技术和InP HEMT技术等)，由于载流子迁移速率存在物理极限，因而电子ADC难以获得数十GHz的采样速率和高的有效精度(目前商用化的电子ADC最佳性能在10GHz@8bit左右，这是结合了计算机技术的系统，而不是一个器件)，这使得电子ADC性能的进一步提高十分困难。

低温超导量子阱技术由于需要低温条件，这很大程度上限制了它的实际应用。

随着锁模激光技术的发展，利用光学技术的高速电光ADC的研究不断报导。目前锁模激光能产生40GHz以上的光脉冲序列，其定时抖动小于10fs，因而以光脉冲序列作为采样脉冲明显优于电子脉冲，这是由于：1)其定时抖动比电子脉冲低约2个数量级，从而使ADC有望获得100GHz以上的采样速率；2)可显著降低采样后相对带宽，为后续处理带来极大方便；3)ADC的输入端模拟电信号与输出端的数字信号间通过光波的有效隔离减小了前后级间的干扰。所以，相对于电子ADC，电光ADC在原理上具有很大优势。而ADC量化的核心就是比较器，可以说电光ADC的量化使用的是电子比较器或电子比较器阵列称电光混合型ADC，电光ADC的量化使用的是全光比较器称全光ADC。

现有的电子比较器速度受下降时间延迟较长的瓶颈而发展缓慢，不能满足日益增长的通信系统和现场实时监控等对比较器速度的要求。而在全光信息处理方面，电子比较器根本派不上用场。中国发明专利申请号“200610020795.8”公布基于双光束干涉和注入锁定原理的全光比较器，比较器的响应速度受注入锁定激光器的结构产生的衰减振荡特性的影响，速度受到限制。

全光比较器和全光与门是有区别的，全光与门是数字化逻辑运算，而全光比较器是模拟化或数字化逻辑运算。石英光纤的非线性响应几乎是瞬时的(小于10fs)，利用非线性光纤元件设计全光逻辑操作常见报道，例如，中国发明专利申请号“200580020660.5”；R.Lebref，B.Landousies，T.Georges，J.Lightwave Technol.15，766(1997)；V.Petrov，W.Rudolph，Opt.Commun.76，53(1990)。

发明内容

本发明利用非线性光纤元件同时基于SPM和XPM原理，提供一种同步稳定的参考光脉冲低相移的全光比较器，能够实现超高速全光信息处理，高速模数转换器中的比较量化。

根据本发明，全光比较器包括：用于接收信号光(连续或脉冲光)和同步稳定的参考光脉冲各自的光输入端口，和用于输出表示应用所比较结果的光输出端口，所述为比较器的特征在于包括：光联合装置，其用来联合光信号和参考光以波分复用器或偏振合束器生成相应联合信号；非线性光学装置，其用来接受联合信号并发射光输出信号。比较器功能取决于非线性光学装置的特性，其中所述特性被这样选择，使得输出信号的功率通过所选择的比较功能与信号光的功率相关联。

有利地，非线性光学装置输出端口上设置信号光的通带滤波器(BPF)，输出信号光脉冲是信号光自相位调制和参考光脉冲交叉相位调制的结果，表示为对应的比较关系。