[发明专利]一种超高速光学模数转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及光信息处理技术领域，具体是一种超高速光学模数转换装置。

背景技术

自然界的信号是以连续形式存在的，即模拟信号，为了便于信号的传输、处理和存储，需要将模拟信号转化成数字信号，因此模数转换器是连接模拟世界和数字世界的桥梁。近年来，电模数转换（EADC）技术发展很快，国际上商用芯片的最高采样率为30Gs/s、5.5bit左右，相应设备能够处理的模拟带宽可达30GHz。但这些指标已接近电的理论极限，进一步提高面临很大的挑战，这是因为EADC的设计、制作和封装都是建立在以半导体材料为基础的微电子工艺技术上，进一步提高EADC的性能指标会由于其内部载流子迁移速率与导线尺度限制而存在物理极限，因此必须研究新的技术手段对超宽带信号进行高速、高分辨采样和处理。

光学模数转换技术（PADC）利用光子学的高速、宽带的特点实现对高速信号的采集和处理，具有高采样率、大带宽、无电子瓶颈以及便于并行处理等优点，是一种实现超高速模数转换系统的有效途径。目前已提出多种光模数转换技术方案，包括光学辅助的模数转换器、光采样电量化的模数转换器，电采样光量化的模数转换器，及全光模数转换器。其中，光采样电量化的模数转换器能同时利用光子学的大带宽、高精度以及成熟的电量化技术等优点，成为目前光电子领域的一大研究热门。目前主要有两种光采样电量化的模数转换器方案：基于波分复用（T.R.Clark,J.U.Kang and R.D.Esman,“Performance of a time and wavelength interleaved photonic sampler for analog-digital conversion,”IEEE Photon.Tech.Lett.,vol.11,1168～1169,1999）、基于时分复用技术（A.Yariv and R.G.M.P.Koumans et al.,“Time interleaved optical sampling for ultra-high speed A/D conversion,”Electronics Letters,34(21):2012-2013,1998）。基于时分复用的PADC采样率受限于解复用过程中所需的光开关速度以及光时间同步的精度，因而其应用受到了一定限制。而基于波分复用技术的解复用过程非常简单，但其可用的通道数受限于脉冲激光源的重复频率、可用的谱宽等光器件的带宽，从而限制了采样率的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种超高速光学模数转换设置，采用具有高速率的脉冲激光器（比如主动锁模激光器）作为系统光时钟模块、使用基于光学非线性和色散管理的频谱展宽技术获取频谱平台而宽、时域脉冲更窄的光源。使用波分解复用器进行谱分割、基于延时和光幅度调节模块进行时间和幅度调整、采用波分复用器进行合波，获取超高速光时钟信号。超高速光时钟信号通过超宽带电光调制器（或电光采样门），实现对超宽带电信号的超高速光采样，使用波分解复用器进行多通道化，并通过并行光电转换、并行电量化和并行数据处理，最终实现超高速率的光学模数转换。

本发明的技术方案如下：

一种超高速光学模数转换装置，其特点在于，包括依次连接的高速率脉冲激光器、频谱展宽模块、重复频率倍增模块、超宽带信号采样模块、波长多通道化模块、并行光电转换模块、并行电量化模块和并行数据处理模块。

所述的频谱展宽模块为一段色散平坦光纤。

所述的重复频率倍增模块包括一个1×N通道的波分解复用器，该波分解复用器的各输出端分别经可调光纤延迟线和可调光功率衰减器与一个N×1通道的波分复用器的输入端连接。

所述的超宽带信号采样模块为1×2电光调制器；所述的波长多通道化模块包括两个1×N通道的第二波分解复用器；该第二波分解复用器的输入端分别与1×2电光调制器的第一输出端、第二输出端相连，第二波分解复用器的各输出端分别经所述的并行光电转换模块和所述的并行电量化模块与多个所述的并行数据处理模块的各输入端相连。

所述的高速率脉冲激光器经该光纤与所述的波分解复用器的输入端连接，所述的波分复用器的输出端与所述的1×2电光调制器的输入端连接。

所述的高速率脉冲激光器用于产生具有高速率的光采样时钟，可采用高重复频率的主动锁模光纤激光器、被动锁模光纤激光器辅助光频谱滤波后的高重复频率激光器、以及多激光器合成等方法实现。