[发明专利]一种全光模数转换设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学模拟/数字转换器技术领域，具体涉及一种基于多模干涉耦合器和复用/解复用器的全光模数转换设计方法。

背景技术

随着现代社会已进入高度的信息化时代，各行各业所需处理的信号带宽成倍增长，电子模数转换器越来越难以满足现在当前的各种超宽带及高速应用的需求，如相控阵雷达、医疗成像、射电天文学、电子战、超宽带雷达接收及软件无线电等领域。因而利用光学模数转换器来取代电子模数转换器，实现超高速高精度的模数转换成为目前光电子领域的一大研究热门。目前，最著名的全光模数转换方案有三种：一种是利用具有不同的半波调制电压的强度调制器阵列将射频模拟输入信号转换成Gray码的数字输出的方案，该类全光模数转换方案的缺点在于所需要调制器个数与量化位数成正比，导致其成本高；最高位调制器的半波电压随量化精度的提高成指数增长，这就限制了该方案无法达到高的量化精度，且需要进行转换的模拟信号被同时加载到各个调制器上，信号的同步限制了量化精度的提高。第二种是利用空间干涉的移相光量化方案，在该种方案中由于空间干涉的稳定性比较差，整个系统需要极好的机械稳定性，故而系统量化性能难以保证；探测器的数目比较多时，它们之间相对位置的调整很困难，这就限制了系统的量化精度的提高；由于是空间干涉，系统难以集成，实用价值小。最后一类是通过利用某些非线性效应将待测电信号的强度转换成光谱上的某种变化来进行光谱编码的全光模数转换方案，这类方案中利用的非线性效应都对采样脉冲提出了很高的要求，而非线性效应可以实现的光谱变化率非常有限，这些方案都很难达到高的量化精度。以上缺点限制了这些全光模数转换器方案的实用化。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明主要解决现有技术中全光模数转换成本高、难以集成、对系统的机械稳定性要求高以及需要数量庞大的采样脉冲源的问题。本发明提供一种基于多模干涉耦合器（多模干涉）和复用/解复用器（MUX/DMUX）的全光移相光量化模数转换设计方法，该方法使用简便、扩展性及兼容性强，成本低廉，抗噪性能强，机械稳定性强，而且相关器件可集成化，军用及商用前景广阔。

（二）技术方案

本发明提供了一种全光模数转换设计方法，包括以下步骤：

S1、将多波长脉冲光源产生的多路脉冲光通过复用器复用到同一光路上；

S2、通过一个1×2多模干涉耦合器将上述光路重新分成2路，其中一路通过相位调制器对输入的模拟光信号进行采样，之后进入多模干涉耦合器的一个接入端口中，另一路直接注入多模干涉耦合器的另一个接入端口中；

S3、将从所述多模干涉耦合器的输出端口输出的光经过解复用器解复用到不同波长的光通道上，从所述解复用器输出的光信号就是被量化和编码后的光信号；

S4、依次使用光电探测器、放大器和判决器对所述解复用器输出的光信号进行接收、放大和判决，得到二进制数字输出信号。

优选地，所述多模干涉耦合器为4×4多模干涉耦合器或8×8多模干涉耦合器。

优选地，所述多波长脉冲光源由锁模脉冲激光器实现。

优选地，所述复用器/解复用器由阵列波导光栅实现。

优选地，所述相位调制器由带电极的有源光波导实现。

优选地，通过增加不同中心波长的采样脉冲源数目或者增加多模干涉耦合器的个数，能够提高模数转换的量化精度。

优选地，该方法使用的器件能够在InP基、GaAs基或Si基上实现集成。

优选地，该方法的量化和编码过程由4×4多模干涉耦合器或8×8多模干涉耦合器实现。

优选地，所述4×4多模干涉耦合器或8×8多模干涉耦合器的输入波导与输出波导的选择具有如下规则：

对于4×4多模干涉耦合器，其输入波导组合为第1个通道和第3个通道，或者第2个通道和第4个通道，其输出波导组合为第1个通道和第3个通道，或者第2个通道和第4个通道；

对于8×8多模干涉耦合器，其输入波导组合为第1个通道和第3个通道，或者第6个通道和第8个通道，其输出波导组合为1、2、3、4四个通道，或者5、6、7、8四个通道。

（三）有益效果

本发明方法能够将整个全光模数转换系统集成到一个极小尺寸的光子集成回路（PIC）芯片或SOI硅基波导芯片上面，可进行大批量生产，成本低廉，有效地促进了信息产业的发展。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明基于单个4×4多模干涉耦合器的4位全光模数转换系统原理图；