[发明专利]一种基于脉冲处理的高速光子模数转换方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于脉冲处理的高速光子模数转换方法及系统，方法包括如下步骤：S1.锁模激光器产生超短光脉冲，超短光脉冲进入工作在线性区域的马赫‑曾德尔调制器后，对信号发生器产生的射频信号完成线性光采样；S2.步骤S1采样后的信号在可编程光谱整形器中进行频谱整形，输出频谱间隔一致、功率加权且时域上重叠的多波长脉冲；S3.步骤S2输出的多波长脉冲串经过单模色散光纤后发生脉冲走离，不同波段的脉冲在时域上产生不同的延时而均匀展开；S4.时域上分离的采样脉冲经过光电探测器转换为电信号，与比较器设置的阈值电平相比较而产生数字量化信号。本发明减小了时间抖动，提高了光子模数转换系统的采样率。

技术领域

本发明属于光通信信号处理技术领域，具体涉及一种基于脉冲处理的高速光子模数转换方法及系统。

背景技术

模数转换器(Analog-to-digital Converter,ADC)是连接模拟世界和数字世界之间不可替代的桥梁。随着数据传输容量的不断增加，在通信系统链路的发射机、接收机以及各个网关节点中，对模拟信号与数字信号之间快速转换的需求急速增加。目前，电子ADC技术已经颇为成熟，尤其是微电子技术的广泛应用使得电子方案处理速度、可靠性和集成化程度得到巨大提升，但在高频范围，由于受孔径时间抖动、判决准确度以及系统噪声等因素的影响，很难将采样速率提高到10GS/s以上，对于有效位数为4位的电子ADC，采样速率达到8GS/s几乎已经达到极限。

转换速率和精度是ADC的主要性能指标。目前，在电子ADC中，Flash ADC是结构最为简单且转换速率最快的一种ADC，其能够以数百MHz的采样速率实现8至10位分辨率，采用双极型工艺的Flash ADC采样速率能达到GHz量级，但随着转换精度的提高，其功耗和尺寸也会随之呈指数增长。电子Flash ADC是一种全并行的ADC，对于一个N位的电子Flash ADC，整个电路包括2^N个电阻以及2^N-1个比较器，可见整个模数转换系统所需的尺寸面积较大。电子Flash ADC的输入信号是并行输入进比较器阵列的，因此整个量化过程是并行的，每一次模数转换同时进行，转换速度极快，而转换速度不会随着转换精度的增加而提高。但是随着转换精度的增加，所需的电阻和比较器的数量会随转换精度N呈指数增加，导致整个模数转换系统尺寸和功耗急剧增大，不利于芯片集成。此外，电子时钟的抖动较大，会降低电子Flash ADC的信噪比。因此如何利用简单有效的方法来简化系统结构且提升系统性能仍然是一个目前技术人员值得关注的问题。相较于电子ADC，光子ADC着诸多优越性，光子ADC能实现更高的采样率和转换速率，锁模激光器产生的脉冲序列的时间抖动比电子时钟的抖动要小两个数量级以上，电子Flash ADC是将采样点的幅度同时与多个比较器的不同阈值电平进行比较，为了减少比较器个数，简化结构，这可以看成将同一个采样点的幅度进行一定比例加权，然后与同一个阈值电平进行比较。但是，现有电子Flash ADC存在结构复杂，比较器繁多，不易于集成且时间抖动较大的技术缺陷。本发明即是对电子Flash ADC的光学实现。

发明内容

本发明的目的是针对现有电子Flash ADC结构复杂，比较器繁多，不易于集成且时间抖动较大的缺陷，提供一种基于脉冲处理的高速光子模数转换方法及系统。

本发明用锁模激光器提供超短光脉冲，将超短光脉冲通过一个马赫-曾德尔调制器实现对信号发生器产生的射频信号的高速采样；通过可编程光谱整形器对采样后的超短光脉冲进行频谱整形实现加权多波长采样脉冲，整形后的信号经过一段单模色散光纤在时域上进行脉冲走离，走离后的信号由光电探测器进行光电转换并进入比较器进行量化，从而实现模拟信号到数字信号的转换。本发明解决了现有电子Flash ADC结构复杂，比较器繁多，不易于集成且时间抖动大的技术问题，极大地提高了光子模数转换系统的采样率，同时系统简单，易于实现。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于脉冲处理的高速光子模数转换方法，包括如下步骤：