[发明专利]一种级联结构的LiNbO3波导电光模数转换方法

摘要

本发明提供了一种基于级联LiNbO₃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。本发明提出的级联LiNbO₃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。

主权项

1、一种级联结构的LiNbO₃波导电光模数转换方法，其特征是它包含以下步骤：步骤1器件的选择本发明提出的级联结构的LiNbO₃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；本发明使用的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：I1=Iocos2(πVin2Vπ-π4)]]>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：I2=Iocos2(πVin2Vπ)]]>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：I3=4I2cos2(πVin2Vπ+π2)=Iosin2(2·πVin2Vπ)]]>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分支器平均分为两路，其中第一路光作为电光模数转换的第四位输出；第二路光作为第五位的输入。步骤5d第四级M-Z强度调制器阵列中的第一个M-Z强度调制器的直流偏置电压设置为V_b41＝-0.5V_π；第二个M-Z强度调制器的直流偏置电压设置为V_b42＝0.5V_π，得到电光模数转换的第四位的输出光强I4=16I3cos2(πVin2Vπ-π4)cos2(πVin2Vπ+π4)=Iosin2(4·πVin2Vπ)]]>步骤6第五位的参数设置及光强输出步骤6a使用四个M-Z强度调制器级联构成第五级M-Z强度调制器阵列。步骤6b把步骤5a中经过Y分支器分出的第二路光用光放大器放大256倍后，进入第五级M-Z强度调制器阵列进行强度调制。步骤6c第五级M-Z强度调制器阵列输出的光再经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五位输出；第二路光作为第六位的输入。步骤6d第五级M-Z强度调制器阵列中的第一个M-Z强度调制器的直流偏置电压设置为V_b51＝0.25V_π；第二个M-Z强度调制器的直流偏置电压设置为V_b52＝-0.25V_π；第三个M-Z强度调制器的直流偏置电压设置为V_b53＝0.75V_π；第四个M-Z强度调制器的直流偏置电压设置为V_b54＝-0.75V_π，得到电光模数转换的第五位的输出光强I5=256I4cos2(πVin2Vπ+π8)cos2(πVin2Vπ-π8)cos2(πVin2Vπ+3π8)cos2(πVin2Vπ-ππ8)]]>=Iosin2(8·πVin2Vπ)]]>步骤7第n(n＞3)位的参数设置及光强输出步骤7a使用2^n-3个M-Z强度调制器级联构成第n级M-Z强度调制器阵列。步骤7b把第n-1级Y分支器分出的第二路光用光放大器放大倍后，进入第n级M-Z强度调制器阵列进行强度调制，其输出光强作为电光模数转换的第n位输出。步骤7c第n级M-Z强度调制器阵列中使用2^n-3个M-Z强度调制器，第m个M-Z强度调制器的输入直流偏置电压为：Vbnm=pVπ2n-3]]>其中，m表示第n级M-Z强度调制器阵列中的第m个M-Z强度调制器m＝1，2，3，……，2^n-3，p取±1，±3，±5，……，±(2^n-3-1)中的任意一个，且不能重复；得到电光模数转换的第n位的输出光强In=22n-2In-1cos2(πVin2Vπ+π2n-2)cos2(πVin2Vπ-π2n-2)cos2(πVin2Vπ+3π2n-2)cos2(πVin2Vπ-3π2n-2)]]>···cos2[πVin2Vπ+(2n-3-1)π2n-2]cos2[πVin2Vπ-(2n-3-1)π2n-2]]]>=I0sin2(2n-2·πVin2Vπ)]]>步骤8数字信号输出步骤8a：根据步骤2b、步骤3b、步骤4c、步骤5d、步骤6d、步骤7c得到n bit的LiNbO₃波导电光模数转换对应位的输出光强函数。步骤8b：将光阈值设置为光脉冲强度的1/2，与步骤2b、步骤3b、步骤4c、步骤5d、步骤6d、步骤7c得到的各位输出光强进行比较，得到nbit的光采样的相位编码。步骤8c：把电子比较器的门限电压设为与光脉冲强度的1/2对应的电压值；把由步骤2b、步骤3b、步骤4c、步骤5d、步骤6d、步骤7c得到的输出光强经光电转换为电压信号，与比较器门限电压比较，得到对应的数字信号输出，从而完成nbit的模数转换，输出码型为格雷码。