專利名稱：多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光信息技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換 器。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬世界和數(shù)據(jù)世界的橋梁。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，將這信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、處理和顯示成為必然的趨勢(shì)。近年來(lái)，電模數(shù)轉(zhuǎn)換 (EADC Electronic Analog to Digital Converter)技術(shù)發(fā)展很快，國(guó)際上商用芯片的最 高采樣率為30Gs/s、5. 5bit左右，相應(yīng)設(shè)備能夠處理的模擬帶寬可達(dá)30GHz。但這些指標(biāo) 已接近電的理論極限進(jìn)一步提高面臨很大的挑戰(zhàn)。因此必須研究新的技術(shù)手段對(duì)超寬帶信 號(hào)進(jìn)行高速、高分辨采樣和處理。光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(PADC :Photonic Analog to Digital Converter)利用光子學(xué)的高速、寬帶的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速信號(hào)的采集和處理，具有高采樣率、 高帶寬、無(wú)電子瓶頸以及便于并行等優(yōu)點(diǎn)，是一種實(shí)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(xué)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(shí)利用光子學(xué)的高帶寬、高精度以及成熟的電量化的優(yōu)點(diǎn)，成為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，T. R. Clark等人在IEEE Photon. Tech. Lett. (美 國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)光子技術(shù)快報(bào))，vol. 11， p. 1168 1169， 1999上發(fā)表了題 為"Performance ofa time and wavelength interleaved photonic sampler for analog-digital conversion (用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間-波長(zhǎng)交織光子采樣器的性能)"的文 章，該文提出了基于波分復(fù)用技術(shù)的光采樣電量化的光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，但是該技術(shù)的采樣 率受限于解復(fù)用過(guò)程中所需的光開(kāi)關(guān)速度，以及時(shí)間同步的精度。 又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，A. Yariv禾P R. G. M. P. Ko麗ns等人在Flectronics Letters (電 子快報(bào))，34(21) :2012-2013， 1998上發(fā)表了題為"Time interleaved optical sampling forultra-high speed A/D conversion(用于超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間交織光子采樣)"的文 章，該文提出了基于時(shí)分復(fù)用技術(shù)的光采樣電量化的光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，但是該技術(shù)可用的 通道數(shù)受限于脈沖激光源可用的譜寬、以及所需波分解復(fù)用器(W匿)、電光采樣門等光器件 的帶寬，從而限制了可達(dá)到的采樣率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 本發(fā)明在采用WDM的同時(shí)，利用多個(gè)光電采樣門通過(guò)空間復(fù)用實(shí)現(xiàn)對(duì)高速信號(hào)的時(shí)間交織 采樣，突破基于WDM的PADC限制，進(jìn)一步提高PADC的采樣率。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明包括時(shí)間_波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊、空分_時(shí)間交織采樣模塊、并行波分 解復(fù)用模塊和光電轉(zhuǎn)換處理模塊，其中時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊與空分-時(shí)間交織采樣模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)鐘信息，空分_時(shí)間交織采樣模塊與并行波分解復(fù)
用模塊相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列信息，并行波分解復(fù)用模塊與光電轉(zhuǎn)換處理
模塊相連傳輸波分解復(fù)用的光脈沖序列信息，光電轉(zhuǎn)換處理模塊輸出復(fù)合的數(shù)字信號(hào)。 所述的時(shí)間_波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊產(chǎn)生時(shí)間波長(zhǎng)交織脈沖序列，該模塊是多波
長(zhǎng)激光器，或者是通過(guò)譜分割技術(shù)得到的，或者是由若干個(gè)激光器合成得到的。 所述的空分_時(shí)間交織采樣模塊利用空分復(fù)用實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電信號(hào)的時(shí)間交織采
樣，包括光功率分配器、若干可調(diào)延遲控制器、電功率分配器和若干電光采樣門，其中光
功率分配器的合路端口與時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)
鐘信號(hào)，光功率分配器的分路端口與可調(diào)延遲控制器相連輸出多路時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)
鐘信號(hào)，可調(diào)延遲控制器與電光采樣門相連傳輸經(jīng)延遲調(diào)整的光采樣時(shí)鐘信號(hào)，電功率分
配器的合路端口輸入被采樣信號(hào)，電功率分配器的分路端口與電光采樣門相連傳輸被采樣
信號(hào)，電光采樣門與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列。
所述的電光采樣門是電光調(diào)制器。
所述的可調(diào)延遲控制器是基于PZT的可調(diào)光延遲線，或者是可調(diào)光纖延遲裝置。
所述的光電轉(zhuǎn)換處理模塊包括若干光電轉(zhuǎn)換器、若干電模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理 單元，其中光電轉(zhuǎn)換器與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸轉(zhuǎn)換后的電脈沖序列，電模數(shù)轉(zhuǎn)換 器與光電轉(zhuǎn)換器相連傳輸電量化信號(hào)，數(shù)據(jù)處理單元與電模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連傳輸復(fù)合的數(shù)字 信號(hào)。
所述的光電轉(zhuǎn)換器是光電探測(cè)器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是 1.結(jié)合了波分和空分復(fù)用技術(shù)，在保留了波分解復(fù)用簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，通 過(guò)增加空分路徑的數(shù)量能夠成倍地增加系統(tǒng)的采樣率，并且不提高對(duì)時(shí)間波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā) 生器、波分復(fù)用器以及光電采樣門的要求； 2、采用空間復(fù)用和精密光學(xué)延遲，只需要在光路上進(jìn)行各個(gè)電光采樣門采樣點(diǎn)的 調(diào)整，無(wú)須對(duì)被采樣電信號(hào)進(jìn)行時(shí)延調(diào)整，確保了高帶寬、高精度空分_時(shí)間交織采樣的實(shí) 現(xiàn)； 3、采用空間復(fù)用方式，在提高采樣率的同時(shí)，并未增加對(duì)后端光電轉(zhuǎn)換與處理速 率的要求。


圖1是實(shí)施例構(gòu)成示意圖； 圖2是實(shí)施例中多波長(zhǎng)空分時(shí)間交織采樣示意圖； 其中(a)是實(shí)施例進(jìn)入并行波分解復(fù)用模塊的交織采樣示意圖；(b)是實(shí)施例進(jìn) 入光電轉(zhuǎn)換處理模塊的交織采樣示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)一步描述本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述 的實(shí)施例。
實(shí)施例 如圖1所示，本實(shí)施例包括時(shí)間_波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊、空分_時(shí)間交織采樣 模塊、并行波分解復(fù)用模塊和光電轉(zhuǎn)換處理模塊，其中時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊與空 分_時(shí)間交織采樣模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)鐘信號(hào)，空分_時(shí)間交織采樣模塊 與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列信號(hào)，并行波分解復(fù)用模塊 與光電轉(zhuǎn)換處理模塊相連傳輸波分解復(fù)用的光脈沖序列信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換處理模塊輸出復(fù)合 的數(shù)字信號(hào)。
所述的時(shí)間_波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊是多波長(zhǎng)激光器。 所述的空分_時(shí)間交織采樣模塊利用空分復(fù)用實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電信號(hào)的時(shí)間交織采 樣，包括1XN的光耦合器、N個(gè)基于PZT的可調(diào)光纖延遲線、電功率分配器和N個(gè)電光調(diào) 制器，其中光耦合器的合路端口與時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織 光采樣時(shí)鐘信息，光耦合器的分路端口與可調(diào)光纖延遲線相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí) 鐘，可調(diào)光纖延遲線與電光調(diào)制器相連傳輸被延遲調(diào)整的光采樣時(shí)鐘信號(hào)，電功率分配器 的合路端口輸入被采樣信號(hào)，電功率分配器的分路端口與電光調(diào)制器相連傳輸被采樣信 號(hào)，電光調(diào)制器與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列。
所述的電光調(diào)制器是鈮酸鋰電光調(diào)制器或電吸收調(diào)制器。 所述的并行波分解復(fù)用模塊包括N個(gè)波分解復(fù)用器，每個(gè)波分解復(fù)用器包括M個(gè) 分路端口 ，其中波分解復(fù)用器的合路端口與電光調(diào)制器相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈 沖序列，波分解復(fù)用器的分路端口與光電轉(zhuǎn)換處理模塊相連傳輸解復(fù)用的光采樣脈沖序 列。 所述的光電轉(zhuǎn)換處理模塊包括NXM個(gè)光電探測(cè)器、NXM個(gè)電模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 數(shù)據(jù)處理單元，其中光電轉(zhuǎn)換器與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸轉(zhuǎn)換后的電脈沖序列，電 模數(shù)轉(zhuǎn)換器與光電探測(cè)器相連傳輸電量化數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)處理單元與電模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連傳 輸復(fù)合的數(shù)字信號(hào)。 本實(shí)施例時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊輸出時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)鐘信號(hào)，該信 號(hào)包含M個(gè)波長(zhǎng)，其采樣率為1/T ;在空分-時(shí)間交織采樣模塊中，采樣時(shí)鐘信號(hào)被1XN的 光耦合器等分成N路采樣時(shí)鐘信號(hào)，每路采樣時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的可調(diào)光纖延遲線分別進(jìn) 入一個(gè)電光調(diào)制器進(jìn)行采樣；被采樣的電信號(hào)被電功率分配器分成N路同時(shí)分別加載到每 條空分路徑的電光調(diào)制器；通過(guò)可調(diào)光纖延遲線調(diào)節(jié)每條空分路徑上的光采樣脈沖的采樣 點(diǎn)對(duì)被采樣信號(hào)實(shí)現(xiàn)如圖2(a)所示的空分時(shí)間交織采樣，總的采樣率為N/T ;各空分路徑 上電光調(diào)制器的采樣輸出分別進(jìn)入并行波分解復(fù)用模塊中的一個(gè)波分解復(fù)用器，波分解復(fù) 用器有M個(gè)與時(shí)間波長(zhǎng)交織采樣時(shí)鐘中M個(gè)波長(zhǎng)一一對(duì)應(yīng)的輸出端口 ，波分解復(fù)用器將輸 入的已調(diào)采樣脈沖序列解復(fù)用成M路，采樣率降為1/T/M，如圖2(b)所示；在光電轉(zhuǎn)換處理 模塊中，波分解復(fù)模器的每一路輸出都分別通過(guò)一個(gè)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一 個(gè)采樣率為1/T/M的電模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化為數(shù)字信號(hào)；最后所有的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)處理單元進(jìn) 行綜合處理和復(fù)合，得到被采樣信號(hào)的數(shù)字化結(jié)果。 本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)將波分和空分相結(jié)合，本實(shí)施例總的采樣率相對(duì)于電模數(shù) 轉(zhuǎn)換器提高了NXM倍；與單純采用M個(gè)波長(zhǎng)的波分方案相比，在其它要求不變的情況下，本 實(shí)施例的采樣率提高了 N倍；無(wú)須對(duì)被采樣電信號(hào)進(jìn)行時(shí)延調(diào)整，確保了高帶寬、高精度空
5分-時(shí)間交織采樣的實(shí)現(xiàn)；在提高采樣率的同時(shí)，并未增加對(duì)后端光電轉(zhuǎn)換與處理速率的 要求，因此本實(shí)施例可廣泛用于高速寬帶信號(hào)采集與處理領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊、空分-時(shí)間交織采樣模塊、并行波分解復(fù)用模塊和光電轉(zhuǎn)換處理模塊，其中時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊與空分-時(shí)間交織采樣模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)鐘信號(hào)，空分-時(shí)間交織采樣模塊與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列信號(hào)，并行波分解復(fù)用模塊與光電轉(zhuǎn)換處理模塊相連傳輸波分解復(fù)用的光脈沖序列信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換處理模塊輸出復(fù)合的數(shù)字信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊是多波長(zhǎng)激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的空分_時(shí)間 交織采樣模塊利用空分復(fù)用實(shí)現(xiàn)對(duì)高速電信號(hào)的時(shí)間交織采樣，包括光功率分配器、若干 可調(diào)延遲控制器、電功率分配器和若干電光采樣門，其中光功率分配器的合路端口與時(shí) 間_波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)鐘信號(hào)，光功率分配器的分路 端口與可調(diào)延遲控制器相連傳輸光采樣時(shí)鐘信號(hào)，可調(diào)延遲控制器與電光采樣門相連傳輸 經(jīng)延遲調(diào)整的光采樣時(shí)鐘信號(hào)，電功率分配器的合路端口輸入被采樣信號(hào)，電功率分配器 的分路端口與電光采樣門相連傳輸被采樣信號(hào)，電光采樣門與并行波分解復(fù)用模塊相連傳 輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的可調(diào)延遲控 制器是基于PZT的可調(diào)光延遲線，或者是可調(diào)光纖延遲裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的電光采樣門 是電光調(diào)制器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的電光調(diào)制器是鈮酸鋰電光調(diào)制器或電吸收調(diào)制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的光電轉(zhuǎn)換處理模塊包括若干光電轉(zhuǎn)換器、若干電模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)處理單元，其中光電轉(zhuǎn)換器與并 行波分解復(fù)用模塊相連傳輸轉(zhuǎn)換后的電脈沖序列，電模數(shù)轉(zhuǎn)換器與光電轉(zhuǎn)換器相連傳輸量 化的數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)處理單元與電模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連傳輸復(fù)合的數(shù)字信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征是，所述的光電轉(zhuǎn)換器是光電探測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光信息技術(shù)領(lǐng)域的多波長(zhǎng)空分光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊、空分-時(shí)間交織采樣模塊、并行波分解復(fù)用模塊和光電轉(zhuǎn)換處理模塊，其中時(shí)間-波長(zhǎng)交織時(shí)鐘發(fā)生模塊與空分-時(shí)間交織采樣模塊相連傳輸時(shí)間波長(zhǎng)交織光采樣時(shí)鐘信息，空分-時(shí)間交織采樣模塊與并行波分解復(fù)用模塊相連傳輸攜帶被采樣信號(hào)的光脈沖序列信息，并行波分解復(fù)用模塊與光電轉(zhuǎn)換處理模塊相連傳輸波分解復(fù)用的光脈沖序列信息，光電轉(zhuǎn)換處理模塊輸出。本發(fā)明通過(guò)將波分和空分相結(jié)合，大大提高了裝置的采樣率，可廣泛用于高速寬帶信號(hào)采集與處理領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04J14/02GK101718944SQ20091031250
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者吳龜靈, 李新碗, 李銘, 郭攀, 陳建平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)