[发明专利]一种基于OEO的光子采样系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于OEO的光子采样系统，包括基于OEO的光窄脉冲源和时域傅里叶变换系统；基于OEO的光窄脉冲源由一波长双环OEO结构产生，波长双环OEO结构中融入一个直调激光器和相位调制器，通过OEO结构产生微波信号，调制直调激光器，产生光窄脉冲，再通过相位调制器展宽脉宽，得到宽谱窄脉冲，之后通过长光纤色散介质进行色散走离，形成恒幅啁啾窄脉冲，对信号进行采样。本发明利用OEO结构直接产生高重复频率低相位噪声信号的特点，配合时域傅里叶变换系统可以简化光子采样中高重复速率脉冲源的产生过程和光串并转换过程，并且具有超低抖动的特点。本发明可广泛应用于光通信、光模数转换、激光雷达、微波光子学等领域。

技术领域

本发明涉及一种基于OEO(光电振荡器)的光子采样系统，尤其涉及一种基于OEO的光窄脉冲源和时域傅里叶变换采样系统。

背景技术

灵活性大、可靠性高的数字信号处理技术为人类社会的方方面面带来了革命性的发展。要实现模拟信号到数字信号的转化，模数转换(Analog to Digital Converter，简称ADC)是其关键技术。随着人们对信息认知、获取、传输的速率和精度的要求的不断提升，人们对高带宽、高采样率、高量化精度的ADC技术的需求也日益迫切。然而传统电ADC技术受限于电子孔径抖动和电子渡越时间不确定性，其采样速率和带宽无法得到同时提升。所以，为了克服电ADC的瓶颈，研究人员开始采用光学采样的方法来提高ADC的采样速率，这样结合光学采样和电量化技术构建的新型光子ADC可以突破电ADC的速率瓶颈，是ADC技术达到高速高精度的可靠途径，也是目前国内外研究的热点之一。

光子ADC的关键技术是光窄脉冲源技术和光串并转换技术。传统的光子ADC大多采用被动锁模激光器产生光窄脉冲，这种方法的优点是可以产生超低抖动的光窄脉冲，突破传统电ADC的限制，但缺点是重复频率很低，需要经过复用技术，实现高重复频率的光窄脉冲。由于对输入光、电信号进行光采样后需要进一步进行光串-并转换，直接采用高重复速率窄脉冲源存在较大的障碍。首先，高重复速率的窄脉冲源需要采用光时分复用(OTDM)技术实现，采样脉冲间的延时精度难免存在误差，导致采样时刻的误差。此外，对高重复速率的窄脉冲的光串-并转换，即解复用技术实现的复杂度大都很高。一种自然的替代方案是采用波-时分光脉冲进行采样。波-时分光脉冲是指不同波长的光脉冲等时间间隔出现的脉冲序列。但是直接采用波-时分光脉冲方案在高速采样条件下存在技术上的困难。首先，为了实现高的时间分辨率，每个光脉冲均需要是窄脉冲，每个波长的脉冲的谱宽都相当宽，整个波时分源的波长数目受限，难以实现大的串-并转换比。其次，窄脉冲源的大峰均比特性决定了进入光电探测器的采样脉冲平均功率不可能太高，这样光电转换的噪声将直接限制了系统的精度。

发明内容

本发明提供一种基于OEO的光窄脉冲源+时域傅里叶变换采样系统以解决此问题，既可以直接实现高重复频率的光窄脉冲源，又可以简化光串并转换的过程。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于OEO的光子采样系统，包括基于OEO的光窄脉冲源和时域傅里叶变换系统；所述基于OEO的光窄脉冲源由一波长双环OEO结构产生，所述波长双环OEO结构包括直调激光器、可调激光器、可调光延迟线、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第一光耦合器、第二光耦合器、相位调制器、第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器、第一波分复用器、第二波分复用器、光电探测器、微波功率放大器和带通滤波器；通过波长双环OEO结构产生的微波信号对所述直调激光器进行调制，产生光窄脉冲，并通过相位调制器增强该光窄脉冲啁啾；所述时域傅里叶变换系统包括长光纤、第三偏振控制器、马赫曾德尔调制器和可调滤波器；所述波长双环OEO结构中的光窄脉冲一路通过所述第二光耦合器分离出的光窄脉冲经过所述长光纤进行色散走离，形成带有线性啁啾的恒幅光脉冲，该线性啁啾的恒幅光脉冲到达所述马赫曾德尔调制器对波形信号进行采样，通过所述可调滤波器滤出不同中心波长的光，完成串并转换，从而完成光采样。