[发明专利]基于自相位调制效应的连续信号光模数转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号光模数转换系统，特别是一种基于自相位调制效应的连续信号光模数转换系统。

背景技术

较大模拟信号带宽实时模数转换器是波形分析、通信系统以及雷达系统中的主要工具，在当今的一些极为重要的领域，如军事系统，生物医学成像系统以及先进的实验设备和工业生产，对高采样率，高分辨率，高带宽模数转换器的需求越来越大。在军事上应用于雷达系统，信号接收系统，战场空中通信节点，在生物医学中的应用于流动细胞成像。此外，随着网络通信的快速发展，对于大容量光网络的需求越来越大，而这种光网络所利用的数据调制格式需要高带宽实时数字系统接收并且量化高速数据流。光子模数转化器首先由UCLA的Jalali教授实验组于1999年首先提出，它相对于传统的电模数转换系统最大的优点是能够对较大带宽的电信号进行连续数字化并且具有较高的分辨率。Jalali教授实验组并于2008年提出了150GSa/s的高速连续信号光模数转换系统。

仅利用色散拉伸方法的高速连续信号光模数转换系统的工作原理是被动锁模光纤激光器发出的光脉冲经过波分复用器分成多路，再经过延迟线调整分割后的光脉冲的位置使重复频率倍增，再通过可调衰减器调整每个脉冲峰值功率使其相同，接着通过波分复用器合成一路，经过第一色散介质使光脉冲展宽为充满时域的光波，再将模拟电信号调制到充满整个时域的光波上，紧接着通过第二色散介质对加载的电信号进行展宽，最后通过与前面相同的波分复用器分成多路，分别通过光电探测器检测出拉伸的电信号，并经过电模数转换器进行采样量化处理，完成信号的重构。

这种仅依靠色散介质中色散效应对光脉冲进行拉伸的方法在高速连续信号光模数转换系统中需要较大的色散量，对于色散系数一定的色散介质往往需要很长的色散介质长度，因此光脉冲的传输损耗较大，系统信噪比和有效比特位不是很高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于自相位调制效应的连续信号光模数转换系统，该系统具有使用的色散介质的长度较短、成本较低、系统的信噪比和有效比特位高的特点，可望在高速连续信号光模数转换系统制备领域获得广泛应用。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于自相位调制效应的连续信号光模数转换系统，其特点在于，该系统包括被动锁模光纤激光器、第一波分复用器、第一可调衰减器、可调延迟线、第二波分复用器、第二可调衰减器、第一环形器、第一色散介质、第一法拉第旋转镜、电光调制器、第二环形器、第二色散介质、第二法拉第旋转镜、第三波分复用器、光电探测器阵列和示波器，上述元部件的位置关系如下：

在所述的被动锁模光纤激光器发出的光脉冲方向依次是所述的第一波分复用器、第一可调衰减器、可调延迟线、第二波分复用器、第二可调衰减器，该第二可调衰减器的输出端接第一环形器输入端口，该第一环形器的第一输出端口经第一色散介质接第一法拉第旋转镜，所述的第一环形器的第二输出端口经所述的电光调制器接所述的第二环形器的输入端口，该第二环形器的第一输出端口经第二色散介质接第二法拉第旋转镜，第二环形器的第二输出端口接第三波分复用器，该第三波分复用器分出的每路光脉冲经过经光电探测器阵列采样，最终送入所述的示波器。

所述的第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜是具有低插入损耗的法拉第旋转镜。

第一色散介质具有较大的非线性系数。

所述的第三波分复用器的通道宽度应包含展宽后的脉冲频谱。

本发明的有益效果

1.本发明装置通过可调衰减器来调整光脉冲的峰值功率，当光脉冲在第一色散介质中传输时，确保其峰值功率产生自相位调制效应，它能促使色散加速光脉冲的展宽，可以明显减少所需的第一色散介质长度来达到脉冲需要展宽的倍数。

2.由于通过第二色散介质时，自相位调制效应较弱，仅有色散发挥作用，系统拉伸倍数仍表示为M=1+L₂/L₁，因此可大幅减少光纤总长度、降低成本，并且光脉冲在色散介质中传输损耗减少，系统信噪比和有效比特位得到提升。

3、第三波分复用器的通道宽度将展宽的脉冲频谱包含在内，从而保证了模拟信号上信息的完整性。

4、采用环形器和法拉第旋转镜结构可以使光脉冲在色散介质中完成一去一回的传输过程，所需的色散介质长度降低一倍，从而达到降低成本的目的。

附图说明

图1为在传输相同距离条件下（L=3L_D），仅有色散效应和自相位调制效应（N值为1，2和3情况下）促进色散时，脉冲展宽的对比图。