[发明专利]一种基于脉冲位置调制的光学模数转换装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于脉冲位置调制的光学模数转换装置，包括：模拟信号接口，用于接收模拟信号；脉冲位置调制模块，用于根据模拟信号输出模拟信号脉冲；锁模激光器，用于产生光脉冲；色散器件，用于接收光脉冲、输出啁啾光脉冲；马赫‑曾德尔电光调制器，用于根据模拟信号脉冲和啁啾光脉冲发送携带不同波长信息的调制脉冲；分束器，将调制脉冲送至每个滤波器；每个滤波器允许通过的特定频率范围不同；每个滤波器分别连接一个数字接收器，数字接收器根据接收的调制脉冲输出数字信号。本发明的装置及方法，转换过程均为线性且稳定，且用简单的结构实现了高量化级的模数转换，易于操作和集成化。

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种基于脉冲位置调制的光学模数转换装置及方法。

背景技术

模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)是连接现实世界和数字系统的重要桥梁。在我们实际生活中常见的信号均为模拟信号，但是模拟信号在传输中极其不稳定，因为外界环境，特别是外界的噪声，极易影响模拟信号的性质。因此将不稳定的模拟信号转换为性质较为稳定的数字信号进行传输是科学技术发展的必然趋势，这是基于数字信号有着抗干扰能力强、可靠性高和安全性好等优点。然而传统的电ADC因为其在采样时钟精度和采样保持电路弛豫时间等方面很难突破限制，所以电ADC的转换速度、转换精度都比较低。而在许多领域，比如超宽带通信、人工智能系统、软件无线电、电子侦察等领域，它们要求较高的模数转换速率。超导量子阱技术和光学技术的出现打开了新的ADC的大门，将这些技术运用到ADC中，可以突破电子ADC的限制，与超导量子阱技术相比，光学技术对温度要求不那么严苛，因此将一些光学技术运用在ADC的光学ADC成为优化ADC的主要手段。

G C.Valley,“Photonic Analog-to-Digital Converters”,Optics Express,2007,15(5):1955-1982中将光学模数转换(photonic Analog-to-Digital Conversion,PADC)大致分为四类：光学辅助ADC、光学采样电量化ADC、光学采样光量化ADC、电采样光量化ADC。Taylor,H.“An optical analog-to-digital converter-Design and analysis”,IEEE Journal of Quantum Electronics,1979,15(4):210-216中Taylor提出了一种将光学知识运用到ADC上的方案，该方案利用了电极长度以2的倍数几何增长的并列马赫-曾德尔电光调制器阵列实现了光量化，并对马赫-曾德尔调制器的调制曲线分别进行阈值比较，得到数字信号，该方案中若要实现更高比特的ADC则要求调制器电极长度无限增加，即对半波电压要求较高，所以该方案很难实现高精度量化。J.Stigwall,S.Galt.“Interferometric analog-to-digital conversion scheme,”IEEE PhotonicsTechnology Letters,2005,17(2):468-470中，Stigwall提出了一种移相光量化的全光模数转换方案，该方案以马赫-曾德尔干涉仪的两臂作为采样器，其中一臂上加一个相位调制器经过PM调制后的光和未被调制的光再进行干涉，在干涉面上产生干涉图样，通过探测器阵列的位置摆放及比较阈值来完成对采样光的量化，数字信号以格雷码的形式展示，此种方案从原理上避免了对低半波电压的调制器的需求，但由于输出是格雷码，也即N路探测通道只能区分2N个量化等级，量化的效能降低。C Xu,X Liu.“Photonic analog-to-digitalconverter using soliton self-frequency shift and interleaving spectralfilters”.Optics Letters,2003,28(12):986-988中，Chris Xu提出利用光孤子自频移将采样后的信号按照光功率大小转换为相应的频率大小问题，再利用滤波器对信号进行滤波即可实现光学量化，该方案结构简单，若想提高量化精度，则需提高自频移范围，即压缩频谱宽度，频谱压缩是一项仍需研究的工作，且由于所用来光孤子自频移的器件高非线性光纤不仅有光孤子自频移现象，还有其他非线性效应存在，因此控制其频移量也是一个问题。因此，需要一种简单有效的结构来实现高量化级的模数转换，且转换过程最好为线性且稳定。