[发明专利]一种用于孤子自频移全光模数转换的编码装置及方法

说明书

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种用于孤子自频移全光模数转换的编码装置及方法。本发明装置包括色散补偿光纤，色散补偿光纤连接有1×N耦合器，所述1×N耦合器连接有滤波器阵列，所述滤波器阵列由N路Sagnac环梳状滤波器构成。本发明利用色散补偿光纤对孤子自频移光量化后具有不同中心波长的光脉冲进行延迟补偿，保证编码的时序正确性；通过合理设计保偏光纤双折射大小，保证相邻Sagnac环梳状滤波器周期呈倍数增长，并通过调节偏振控制器控制透射峰的波长，实现基于光学梳状滤波的N位二进制编码输出。本发明具有工作波长范围大、可调谐性强、结构简单、体积和重量较小、成本低廉等优点，显著提高了编码的精度和灵活性。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种用于孤子自频移全光模数转换的编码装置及方法。

背景技术

模数转换器用于将连续模拟信号转换成离散数字信号，是信息处理系统中的关键器件，在高速宽带通信系统、雷达信号处理、信号监测及处理等领域有着重要应用。目前，电子学ADC应用最为广泛，但由于载流子迁移速率存在物理极限，其模拟带宽和采样速率有限，并且由于受到诸如采样时间抖动、比较器不确定性、晶体管阈值失配等因素的限制，采样速率每增加一倍，有效位数下降一位(R.H.Walden,Analog-to-digital convertersurvey and analysis,IEEE.J.Select.Areas Commun.,Vol.17,1999:539-550)，因此，电子学ADC始终很难在带宽10GHz以上获得较高的量化精度。例如，目前最高速的电子学ADC为美国Tektronix的16GHz带宽ADC，以及日本Fuj itsu的15GHz带宽ADC，但它们的有效位数均低于6位。

光学ADC利用超短光脉冲高速、宽带、高稳定性等优点，可实现几十GHz频段范围内100GS/s以上的高精度采样，并且借助电子学或光学方法实现量化和编码，被视为能够同时实现宽带、高速、高精度模数转换的有效途径。根据光学技术在模数转换过程中所完成的功能，光学ADC主要分为四大类：光采样电量化ADC、电采样光量化ADC、光学辅助ADC、全光ADC。在以上四类光学ADC中，全光ADC在采样、量化、编码过程中均充分发挥了光学技术超宽带、超高速、高稳定度等特点，并且有望在未来光网络中摒弃“光-电-光”转换的传统做法，实现全光信号处理，因此，被认为是有望突破ADC带宽、速率和精度极限最具潜力的技术之一。在全光模数转换技术领域，目前最具应用潜力的是基于孤子自频移效应(SSFS，Solitonself-frequency shift)的全光ADC，2002年日本大阪大学T.Konishi等人提出将采样后的超短光脉冲送入具有反常色散的高非线性光纤中进行传输，利用SSFS效应实现光量化(T.Konishi,K.Tanimura,K.Asano,et al.All-optical analog-to-digital converterby use of self-frequency shifting in fiber and apulse-shapingtechnique.J.Opt.Soc.Am.B,2002,19(11):2817-2823)。其物理本质为：超短光脉冲(亚皮秒量级脉宽)的谱宽很宽，脉冲频谱的蓝移分量可作为泵浦光，通过拉曼增益有效地放大同一脉冲的红移分量，此过程在光纤中持续进行致使能量不断从蓝移分量转移到红移分量，表现为孤子频谱的整体红移。对于固定长度的光纤，孤子的自频移量正比于输入光脉冲的强度，因此，光量化通过“强度—波长”映射来实现。

编码作为孤子自频移全光ADC的最后一个环节，需要针对SSFS之后不同峰值功率光脉冲具有不同中心波长的特点，通过某种特定的映射关系，形成具有一定位数的二进制编码光脉冲输出。由于实现SSFS的高非线性光纤具有反常色散特性，不同中心波长的光脉冲传播速度不同，存在走离效应，在采样速率较高的情况下，甚至会导致脉冲序列时序上出现错乱，造成编码错误，因此在编码时必须对不同波长的光脉冲进行延迟补偿。