[发明专利]基于波长复用和光学捕获的光子模数转换方法及转换器

说明书

一种基于波长复用和光学捕获的光子模数转换方法，利用波分复用器将N路不同波长连续光复合成一路，同时在N路光路上加载被采样模拟信号，然后通过延时调控模块使得不同波长光路上的模拟信号获得不同的延时量，且相邻两路的延时量差相等，并且利用光学捕获单元实现N路等时间间隔模拟信号的时域离散化。本发明有效降低系统的复杂度和链路损耗，提高稳定性，成倍提高光子模数转换系统采样率，具备易于大规模拓展的能力。基于该方法能够实现高速高精度的片上光子模数转换系统。

技术领域

本发明涉及光子信息处理技术，具体是一种基于波长复用和光学捕获的光子模数转换方法及转换器。

背景技术

当今电磁环境越来越复杂，频率覆盖范围日益增宽，电子信息系统要对信号进行搜索、截获、定位和分析，就必须有一种接收大带宽信号并进行检测分析的技术。大带宽模拟信号在传输和处理过程中容易引入噪声，从而导致信号失真，因此往往需要将模拟信号首先转换为数字信号。同时数字信号处理技术具有灵活性大、速度快、可靠性高等诸多优点，研究人员越来越倾向于把信息处理过程都转到数字域进行。模数转换(analog todigital converter，ADC)技术能够把自然界中的模拟信号转变成时间和幅度上离散的数字信号，方便了信号的传输和处理。尽管模数转换仅占信号处理系统的一小部分，却是影响整个系统性能的关键功能模块。当前电子模数转换技术采样速率每增加一倍，量化精度就下降约1bit。现有电子模数转换技术性能已逼近极限，无法满足未来应用的需求，成为了制约信号处理系统性能的瓶颈。在宽带雷达、电子对抗、高能物理实时监控等领域，急需高采样率高精度的模数转换器，这都表明在模数转换领域需要有新的技术革新。

随着锁模激光器、电光调制器和全光量化编码技术的不断发展，研究者们利用光子模数转换技术，突破了电子模数转换技术的瓶颈，实现了高速信号模数转换。其中主流方案是光采样电量化型模数转换系统，这种方案利用激光器产生的光脉冲对模拟电信号进行采样，得到的光信号通过高速光电探测器转换成电信号，再通过电子模数转换器中的电量化器实现模数信号的转换。由于电子模数转换器的工作频率比光脉冲的重复频率低，光采样电量化型模数转换系统还需借助于时分复用、波分复用等手段实现高速光脉冲的多通道降速处理。在光脉冲多通道降速处理过程中通常需要利用多个电光调制器逐级降速[Juodawlkis,Paul W.,et al.,“Optically sampled analog-to-digital converters.”IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques Vol.49,No.10,1840-1853,2001.]或利用宽光谱超短光脉冲的多个波长通道进行降速[A.Khilo,et al.,“PhotonicADC:overcoming the bottleneck of electronic jitter.”Optics Express.Vol.20,No.4,4454-4469,2012.]，这些光脉冲降速方法都大大增加了系统复杂度，恶化了信号质量，降低了转换精度。同时，在光子模数转换系统片上集成化进程中，实践表明以往复杂的多通道降速方法需要大量光电子器件，系统复杂，难以实现高集成度。宽光谱超短光脉冲也不具备成熟的片上解决方案。上述分析表明，光子模数转换技术在朝着高速高精度、小型化发展过程中，急需改进光子模数转换系统设计方法，简化系统复杂度。

发明内容

本发明提出一种基于波长复用和光学捕获的光子模数转换方法，利用波分复用器将N路不同波长连续光复合成一路，同时在N路光路上加载被采样模拟信号，然后通过延时调控模块使得不同波长光路上的模拟信号获得不同的延时量，且相邻两路的延时量差相等，并且利用光学捕获单元实现N路等时间间隔模拟信号的时域离散化。该方法灵活利用波分复用器等无源器件，大幅减少了电光调制器等有源器件的数量，能够有效降低系统的复杂度和链路损耗，从而提升光子模数转换系统性能。同时利用无源器件替代有源器件能够有效降低系统功耗，提高稳定性。该方法还能够通过简单配置增加连续激光光源个数和波分复用器/解复用器的通道数，成倍提高光子模数转换系统采样率，具备易于大规模拓展的能力。基于该方法能够实现高速高精度的片上光子模数转换系统。