[发明专利]超高速光采样时钟的多通道失配测量方法及测量补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光信息处理技术领域的方法，具体是超高速光采样时钟的通道失配测量及补偿方法。

背景技术

近年来光学模数转换技术(PADC)发展迅速并成为目前光电子领域的一大研究热门。由于PADC的性能很大程度上依赖于其采样时钟的性能，因此如何产生高速且稳定的光脉冲序列作为采样时钟成为这一领域的重要课题。作为一种实现超高重复频率光脉冲序列的有效方法，时间-波长交织(Clark T R,Kang J U,Esman R D.Performance of a time-and wavelength-interleaved photonic sampler for analog-digital conversion[J].Photonics Technology Letters,IEEE,1999,11(9):1168-1170.)能够充分发挥锁模激光器的低抖动特点，同时还可以利用重复频率高和频谱宽等优势产生稳定的超高速光脉冲序列。因此，时间-波长交织成为超高速光采样时钟产生的常用方法之一。

对于时间-波长交织方法产生的超高速光采样时钟，其各通道在延时、幅度以及脉冲形状方面均存在一定程度的失配。在实际系统中，一般在每个通道中接入可调光延时线和可调光衰减器进行延时和幅度失配的调节(邹卫文，李杏，等.一种超高速光学数模转换方法和装置:中国,201410065510.7[P].2014)。对于通道失配的补偿，我们需要在实验中对各个通道中的脉冲序列进行实时测量，根据测得的幅值和时延信息对可调光延时线和可调光衰减器进行调节从而实现通道间的匹配。对于较低重复频率的光脉冲序列，我们可以简单地通过示波器进行时域观测以获得幅值和时延信息。然而对于超高速光脉冲序列，其时域测量因示波器采样率限制无法实施。因此，我们必须寻求其他方法对超高速时间-波长交织光脉冲序列的通道失配现象进行测量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种超高速光采样时钟的多通道失配测量方法及测量补偿装置，采用光频谱分析仪和电频谱分析仪分别对脉冲序列的光频谱和射频谱进行测量，通过对测得的频域信息进行数据分析得出各通道的失配情况，并进一步用于失配的有效补偿。

本发明的技术原理如下：

对于通道总数为M，采样周期为T_s时间-波长交织脉冲序列，其每一通道中脉冲序列的时域表达式为：

式(1)中a_k为第k通道脉冲幅度，τ_k为第k通道的延时误差，u_k(t)为第k通道中脉冲的归一化波形。经过响应度为R_PD的光电探测器得到的信号为：

电频谱分析仪测得的射频功率谱可表达为：

式(3)中f_s＝1/T_s，为u_k(t)的傅里叶变换，可根据测得的光频谱计算得到：

E_k(f)为第k通道中光频谱仪测得的光频谱。每一通道中的幅值a_k同样可以根据光频谱功率计算得到：

根据式(3)，射频谱在[0,f_s]区间上有M个峰值P_k,k＝1,2,…,M，其表达式为：

式(6)表明，P_k是a_k,与τ_k，k＝1,2,…,M的函数，可表达为：

电频谱仪测得的M个频谱峰值C_k，k＝1,2,…,M与P_k存在对应关系：

10log₁₀P_k＝C_k k＝1,2,...,M(8)

对于延时误差，不失一般性，可假设τ₁＝0作为参考起始点，对式(8)进行整理，可以得到如下M个独立方程：

由于与a_k可以通过式(4)和式(5)的计算得到，将计算结果带入式(9)，根据式(7)中的函数关系，P_k化为自变量仅为延时误差τ_k的函数，而式(9)也化为仅关于延时误差τ_k的方程组：