采樣率按2的任意冪次可重構(gòu)的光學模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采樣率按2的任意冪次可重構(gòu)的光學模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(PADC)利用光子學的高速、寬帶的特點實現(xiàn)對高速信號的采集和處理，具有高采樣率、大帶寬、無電子瓶頸以及便于并行處理等優(yōu)點，是一種實現(xiàn)超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的有效途徑。目前已提出多種光模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)方案，包括光學輔助的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光采樣電量化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電采樣光量化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，及全光模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中，光采樣電量化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器能同時利用光子學的大帶寬、高精度以及成熟的電量化技術(shù)等優(yōu)點，成為目前光電子領(lǐng)域的一大研究熱門。目前，其兩個主要發(fā)展方向分別是超高采樣率與超高精度。對于前者，為得到超高采樣率，光采樣電量化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般采取多通道化復(fù)用技術(shù)，如基于波分復(fù)用的方案(T.R.Clark, J.U.Kangand R.D.Esman, “Performance of a time and wavelength interleaved photonicsampler for analog-digital convers1n,，，IEEE Photon.Tech.Lett., vol.11, 1168 ~1169，1999)，和基于時分復(fù)用技術(shù)的方案(A.Yariv and R.G.M.P.Koumans et al., “Timeinterleaved optical sampling for ultra-high speed A/D convers1n,，，ElectronicsLetters, 34(21):2012-2013, 1998)?；诙嗤ǖ缽?fù)用的光模數(shù)轉(zhuǎn)換方案的性能很大程度上取決于通道匹配程度，因此通道匹配的標定非常重要(鄒衛(wèi)文，楊光，張華杰，陳建平.超高速光采樣時鐘的多通道失配測量方法及測量補償裝置:中國，CN201410567490.3，2014)。
[0003]然而在另一方面，實際應(yīng)用當中對于不同頻段的模擬輸入信號，一般需要不同采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置均為固定采樣頻率，對于過高或過低的輸入頻率容易造成性能不足或性能浪費，這就對光模數(shù)轉(zhuǎn)換中光采樣率的可重構(gòu)性提出了要求。在多通道復(fù)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換方案中，為實現(xiàn)光采樣率的可重構(gòu)性，一般會通過改變復(fù)用通道數(shù)來改變重頻倍增數(shù)，進而改變總光采樣率。然而，復(fù)用通道數(shù)的改變往往會導(dǎo)致通道匹配的破壞，對通道進行重新標定和匹配又會造成重構(gòu)響應(yīng)速率的下降。因此，為了保證光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能及重構(gòu)響應(yīng)速率，需要提出一種在不破壞通道匹配精度的前提下實現(xiàn)采樣率可重構(gòu)的光模數(shù)轉(zhuǎn)換方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采樣率按2的任意冪次可重構(gòu)的光學模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，采用具有高穩(wěn)定性的被動鎖模脈沖激光器作為系統(tǒng)光時鐘，使用基于多通道復(fù)用技術(shù)的重頻倍增模塊，有效地獲取高速率光時鐘信號。該裝置中通過其中的開關(guān)裝置改變重頻倍增模塊以及后端并行光電轉(zhuǎn)換、量化模塊中的通道數(shù)，實現(xiàn)了光采樣率倍增數(shù)按2k，其中k = 0，1，2，…，N的可重構(gòu)性，其延時和幅度匹配一經(jīng)標定，無須再次調(diào)節(jié)，在通道切換時保障了通道匹配精度不變，并由開關(guān)裝置的快速響應(yīng)保證了系統(tǒng)在工作狀態(tài)之間的切換速度。此外，該裝置通過超寬帶電光調(diào)制器(或電光采樣門)，實現(xiàn)對電信號的高速率光采樣，并通過并行光電轉(zhuǎn)換、并行電量化和并行數(shù)據(jù)處理，最終實現(xiàn)高速率的光學模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]所述的高速率脈沖激光器用于產(chǎn)生具有高穩(wěn)定性的光采樣時鐘，可采用但不限于被動鎖模光纖激光器以及多激光器合成等方法實現(xiàn)。
[0007]所述的可重構(gòu)重復(fù)頻率倍增模塊用于產(chǎn)生多通道但時間按照規(guī)定間隔的光采樣時鐘，其實現(xiàn)方式包括但不限于波分解復(fù)用技術(shù)和時分復(fù)用技術(shù)。該模塊在復(fù)用通道中接入開關(guān)裝置，可通過開關(guān)裝置狀態(tài)控制波分復(fù)用通道數(shù)目，進一步實現(xiàn)光采樣率的可重構(gòu)。
[0008]所述的電光信號米樣模塊利用大帶寬電光調(diào)制器實現(xiàn)對高速電信號的米樣，電光采樣門輸出為攜帶被采樣信號信息的光脈沖序列，可以為幅度調(diào)制，也可以為相位調(diào)制等電光米樣方式。
[0009]所述的可重構(gòu)信號量化及重建模塊包括可重構(gòu)解復(fù)用模塊，可重構(gòu)并行光電轉(zhuǎn)換模塊、可重構(gòu)并行電量化模塊以及可重構(gòu)并行數(shù)據(jù)處理模塊。
[0010]所述的可重構(gòu)解復(fù)用模塊在通道中接入開關(guān)裝置，其工作狀態(tài)與時鐘產(chǎn)生模塊對應(yīng)通道保持一致。
[0011]所述的開關(guān)裝置用于控制系統(tǒng)復(fù)用通道數(shù)，其接入位置和實現(xiàn)方式不限于可重構(gòu)重復(fù)頻率倍增模塊、可重構(gòu)解復(fù)用模塊中通過光開關(guān)實現(xiàn)，以及可重構(gòu)并行電量化模塊、可重構(gòu)并行數(shù)據(jù)處理模塊中通過電子電路和計算機軟件實現(xiàn)。
[0012]所述的可重構(gòu)并行光電轉(zhuǎn)換模塊包含多個輸入通道，每個輸入通道上都有一個光電探測器(ro)，用于將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。
[0013]所述的光電探測器可以采用但不限于PIN管或APD管。
[0014]所述的可重構(gòu)并行電量化模塊包含與可重構(gòu)并行光電轉(zhuǎn)換模塊一樣的通道數(shù)，每一個輸入通道對應(yīng)解復(fù)用模塊的一個輸出通道。每個并行電量化模塊的輸入通道上都有一個電模數(shù)轉(zhuǎn)換器(EADC)，用于將模擬信號量化成數(shù)字信號。
[0015]所述的可重構(gòu)并行數(shù)據(jù)處理模塊包含與可重構(gòu)并行光電轉(zhuǎn)換模塊通道數(shù)相同的輸入端口，所有端口中的數(shù)據(jù)最終輸入數(shù)據(jù)處理單元，用于將多路電ADC輸入校正和復(fù)合成最終的數(shù)字信號。
[0016]所述的數(shù)據(jù)處理單元可以采用但不限于FPGA或者DSP。
[0017]所述的工作狀態(tài)控制模塊通過控制開關(guān)裝置狀態(tài)對系統(tǒng)中波分復(fù)用通道數(shù)進行控制，進一步控制其系統(tǒng)光采樣率，其實現(xiàn)方式包括但不限于模擬信號處理電路、數(shù)字信號處理器或計算機軟件。
[0018]基于以上技術(shù)特點，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0019]1、基于多通道復(fù)用技術(shù)，通過光脈沖復(fù)用通道數(shù)的可重構(gòu)性實現(xiàn)光采樣率的可重構(gòu)