[发明专利]一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法

说明书

本发明涉及光电技术领域，具体涉及在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法，有效解决全光量化过程有效位数不高的问题。本发明具体步骤如下：（1）通过孤子自频移效应使输入的超短光脉冲光谱发生红移，完成“强度→波长”映射；（2）自频移后的光脉冲通过双向三级光谱压缩部分，重复利用反常群速度色散和自相位调制的共同作用实现高效的光谱压缩，从而实现高精度光量化。本发明利用双向三阶级联光谱压缩结构使输入的超短光脉冲发生自频移并压缩自频移后的光脉冲,简化了系统装置，降低了硬件成本，并具有较强的可扩展性。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及在基于孤子自频移效应全光量化系统中的一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法。

背景技术

模数转换器（ADC，Analog-to-digital converter）用于将连续模拟信号转换成离散数字信号，是信息处理系统中的关键器件，在高速宽带通信系统、雷达信号处理、信号监测及处理等领域有着重要应用。按照实现机理，ADC分为以下三类：超导材料ADC、电子学ADC和光学ADC。超导材料ADC受材料特性限制必须工作在超低温环境下，这大大制约了其应用范围。电子学ADC目前应用最为广泛，但由于载流子迁移速率存在物理极限，其带宽和速率有限，并且由于受到诸如采样时间抖动、比较器不确定性等因素的限制，通常采样速率每提高一倍，有效位数下降一位（R. H. Walden, Analog-to-digital converter survey andanalysis, IEEE. J. Select. Areas Commun., Vol. 17, 1999:539-550），因此，电子学ADC始终很难在带宽10GHz以上获得高量化精度。例如，目前最高速的电子学ADC为美国Tektronix的16GHz带宽ADC，以及日本Fujitsu的15GHz带宽ADC，但它们的有效位数均低于6位。

随着锁模激光技术的发展，光学ADC的研究不断涌现。目前，锁模激光器能够产生重复频率10GHz以上的高稳定度光脉冲序列，时间抖动通常在10fs量级，比电脉冲的时间抖动（0.5ps-2ps）低2个数量级以上，因此，以光脉冲作为采样脉冲明显优于电脉冲，其根本原因在于：对于高速采样区间，采样时间抖动引入的噪声是导致ADC信噪比降低（有效量化位数降低）的主导因素，光学ADC的理论极限为采样速率10GS/s时有效量化精度>10bits，该指标远高于电子学ADC。同时，由于光学带宽巨大，锁模激光器输出的超短光脉冲宽度可低至亚ps量级，借助时分复用和波分复用技术可以获得重复频率高达数百GHz的超短光脉冲序列，并且电光调制器的电学带宽可达数十GHz以上，因而有望使光学ADC获得100GS/s以上的采样速率以及高达数十GHz的模拟带宽（G. C. Valley, Photonic analog-to-digitalconverters, Opt. Express, 2007, 15(5): 1955-1982）。对于目前研究较多的光学ADC，根据光学技术在其中所完成的功能，主要分为以下两大类：光学辅助型ADC、全光ADC。其中，全光ADC在光域同时完成信号的采样和量化，充分发挥了光学技术超宽带、超高速、高稳定度等特点，被认为是未来有望突破ADC带宽、速率和精度极限最有潜力的技术之一。