[发明专利]一种用于光学时间拉伸模数转换的相位补偿方法

说明书

技术领域

一种用于光学时间拉伸模数转换的相位补偿方法，用于实现宽带微波信号无相移失真的时域恢复，提高系统的模拟带宽，属于光电技术领域。

背景技术

模数转换器(ADC，Analog-to-digital converter)是数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)中的关键器件之一，由于载流子传输速率存在物理极限，电子ADC很难同时实现宽带、高速、高精度的突破，制约了DSP的进一步发展。为了克服电子瓶颈对模数转换器性能的限制，各种光学模数转换技术先后被提出，它们充分利用了光脉冲高速、低时间抖动等特性，在实现高速、高精度采样量化方面具有极大的潜力。在众多的光学模数转换器方案中，光学时间拉伸模数转换器(PTS-ADC，Photonic time-stretch ADC)很好地结合了光子和电子的优势，可同时实现宽带、高速、高精度模数转换，近年来获得了广泛关注，其工作原理为：通过光学色散效应对高速光载微波信号进行时间拉伸和降频处理，再利用与降频后相匹配的低速而高精度电子ADC完成模数转换，从而有效地提升了电子ADC的采样速率和模拟带宽。

为了尽可能地提升采样速率和模拟带宽，就需要增大光学时间拉伸倍数，这就要求PTS-ADC系统具有极高的光学色散。与光载微波传输链路类似，采用传统双边带调制的PTS-ADC中光学时间拉伸过程也存在色散导致的功率损耗问题，尤其是对于光学色散较大的情况，色散引起的功率损耗会严重降低信号的信噪比(SNR，Signal-to-noise ratio)，并且会导致宽带微波信号的失真，因此，如何有效地克服色散导致的功率损耗是决定能否充分发挥PTS-ADC优势的一个关键问题。目前，相位分集技术是最常见的解决方案。它基于单臂驱动双输出M-Z电光调制器的双端口色散功率损耗互补特性，再结合最大比例合并算法(Y.Han，O.Boyraz，et al.Ultrawide-band photonic time-stretch A/D converter employing phase diversity.IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2005，53(4):1404-1408)或者背向传输算法(J.Stigwall，S.Galt.Signal reconstruction by phase retrieval and optical backpropagation in phase-diverse photonic time-stretch systems.Journal of Lightwave Technology，2007，25(10):3017-3027)消除信噪比劣化和信号失真，然而其最大的缺点在于两条传输链路需要完全对称，增加了系统的复杂度。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供了一种用于光学时间拉伸模数转换的相位补偿方法，解决现有技术中色散导致的功率损耗和相位失真的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于光学时间拉伸模数转换的相位补偿方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)获取拉伸信号，即获取时域拉伸后的时域数据；

(2)将拉伸信号的时域数据进行傅里叶变换得到频谱分布；

(3)将频谱分布分正负频乘以对应的相位补偿因子，得到补偿后的频谱；

(4)对补偿后的频谱做逆傅里叶变换，得到无相位偏移失真的时域信号。

进一步，所述步骤(1)中，获取拉伸信号的具体步骤为：

(11)锁模激光器产生超短光脉冲经过第一色散介质形成波长与时间对应的线性啁啾光脉冲；

(12)输入微波信号，将微波信号分为两路，一路直接加载双驱动M-Z电光调制器的一个臂，另一路经过电桥实现90°相移后加载双驱动M-Z电光调制器的另一个臂，线性啁啾光脉冲通过双驱动M-Z电光调制器，以单边带调制的方式将微波信号调制在啁啾光脉冲的包络上，输出光载微波信号；

(13)光载微波信号经过第二色散介质，利用色散效应进行时域拉伸，得到拉伸后的光载微波信号；

(14)拉伸后的光载微波信号再依次经过光电探测器和电子模数转换器完成光电转换和采样量化，得到数字化的拉伸信号。

进一步，所述步骤(13)中，光载微波信号经过第二色散介质，利用色散效应进行时域拉伸，拉伸的公式为：

M＝(D₁+D₂)/D₁；