CN104155721A - 基于量子点锁模激光器的光采样系统 - Google Patents

基于量子点锁模激光器的光采样系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于量子点锁模激光器的光采样系统，该系统包括：多个量子点锁模激光器、波分复用器、偏振控制器、光放大器、第一环形器、色散位移光纤、第二环形器、任意波形发生器、采样器、波分解复用器、多个光电探测器和多个电信号处理模块。本发明基于量子点锁模激光器、波分复用技术以及布里渊均衡器来实现光采样，系统结构简单，能够实现宽带、全光采样，而且在保证高采样率的情况下，采样精度更高。

Description

基于量子点锁模激光器的光采样系统
技术领域
本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于量子点锁模激光器的多波长频谱特性结合波分复用以及布里渊均衡器实现的高速、宽带全光采样系统。
背景技术
高采样率高精度的模数转换器是模拟通信、现代雷达、大容量光传输系统以及高速高精度测试系统中的关键部件，是光电系统甚至全光系统的关键节点。随着信息容量的极速暴增，单一依靠电子技术的模数转换不能在实现高采样率的情况下实现高的量化精度。随后提出利用光子技术实现高采样率的方法，利用光子技术实现高采样率的同时可以实现高采样精度。采样光子技术可以突破电子采样带来的电子瓶颈，同时，光子技术具有低损耗、重量轻、以及不受电磁干扰的优点。因而，研究宽带高采样率的光采样系统具有重大的意义。
综上所述，为了解决基于电子技术实现采样所面临的技术问题，以及为了满足光电结合的应用需求，本发明提出利用量子点锁模激光器的多波长频谱特性、波分复用技术以及布里渊均衡器原理来实现宽带光采样。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于量子点锁模激光器、波分复用技术以及布里渊均衡器实现宽带光采样的系统，使得在保证高采样率的情况下，采样精度更高，并且该方案中的量子点激锁模光器能够实现单片集成。
本发明提出的一种基于量子点锁模激光器的光采样系统包括：多个量子点锁模激光器、波分复用器、偏振控制器、光放大器、第一环形器、色散位移光纤、第二环形器、任意波形发生器、采样器、波分解复用器、多个光电探测器和多个电信号处理模块，其中：
所述多个量子点锁模激光器中的每一个用于产生一组多波长光采样信号；
所述波分复用器与所述多个量子点锁模激光器连接，用于将多路光信号合为一束光信号，以实现波分复用；
所述偏振控制器的输入端口与所述波分复用器的输出端口连接，用于对于所述波分复用器输出的光信号进行偏振态调节；
所述光放大器的输入端口与所述偏振控制器的输出端口连接，用于对于接收到的光信号进行放大处理；
所述第一环形器的第一端口与所述光放大器的输出端口连接，第二端口与所述色散位移光纤连接，第三端口与所述第二环形器的第一端口连接，用于将接收到的光信号路由到所述色散位移光纤，在所述色散位移光纤内部发生受激布里渊散射效应；
所述色散位移光纤用于发生受激布里渊散射，并将得到的平坦光采样信号输出至所述第二环形器的第二端口；
所述第二环形器的第一端口与所述第一环形器的第三端口连接，第二端口与所述色散位移光纤连接，第三端口与所述采样器连接；
所述任意波形发生器的输出端口与所述采样器的射频端口连接，用于向所述采样器输出射频信号；
所述采样器用于根据接收到的光信号对于所述射频信号进行采样，得到采样光信号；
所述波分解复用器的输入端口与所述采样器的输出端口连接，用于对于采样光信号进行波分解复用，即将高速并行光信号转化为低速串行光信号；
所述多个光电探测器的输入端口分别与所述波分解复用器的输出端口相连，用于对于接收到的串行光信号进行光电转换；
所述多个电信号处理模块的输入端口分别与所述多个光电探测器的电输出端口连接，用于对于接收到的电信号进行处理。
其中，所述多个量子点锁模激光器输出的光信号的波长均不相同。
其中，所述色散位移光纤为高非线性色散位移光纤。
其中，所述第一环形器、第二环形器以及色散位移光纤组成布里渊均衡器，用于将逆时针传播的斯托克斯光控制在环路内部，以均衡多波长采样源的功率分布。
其中，所述采样器通过强度调制器的强度调制来实现采样。
其中，所述强度调制器为铌酸锂晶体的、半导体聚合物的或者有机聚合物的强度调制器。
其中，所述偏振控制器为光纤结构、波导结构或空间结构的偏振控制器。
其中，所述色散位移光纤为掺锗高非线性光纤或硫化物高非线性光纤。
其中，所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管。
其中，所述光电探测器由磷化铟材料或硅基材料制作。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明光采样系统结构简单、能够实现宽带、全光采样，能够解决雷达系统、电子对抗系统以及高速高精密测试仪器中模数转换器所面临的问题，另外，该系统应用到了量子点结构，因此有望实现单片集成。
附图说明
图1是本发明光采样系统的结构示意图；
图2是本发明光采样系统的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是本发明光采样系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：多个量子点锁模激光器、波分复用器5、偏振控制器6、光放大器7、第一环形器8、色散位移光纤9、第二环形器10、任意波形发生器11、采样器12、波分解复用器13、多个光电探测器和多个电信号处理模块，其中：
所述多个量子点锁模激光器中的每一个用于产生一组多波长光采样信号；
在本发明一实施例中，所述量子点锁模激光器的数量为4个，分别为第一量子点锁模激光器1、第二量子点锁模激光器2、第三量子点锁模激光器3和第四量子点锁模激光器4，4个量子点锁模激光器输出的光信号的波长均不相同。
所述波分复用器5与所述多个量子点锁模激光器连接，用于将多路光信号合为一束光信号，以实现波分复用；
所述偏振控制器6的输入端口与所述波分复用器5的输出端口连接，用于对于所述波分复用器5输出的光信号进行偏振态调节；
所述光放大器7的输入端口与所述偏振控制器6的输出端口连接，用于对于接收到的光信号进行放大处理；
所述第一环形器8的第一端口①与所述光放大器7的输出端口连接，第二端口②与所述色散位移光纤9连接，第三端口③与所述第二环形器10的第一端口①连接，用于将接收到的光信号路由到所述色散位移光纤9，在所述色散位移光纤9内部发生受激布里渊散射效应；
所述色散位移光纤9用于发生受激布里渊散射，并将得到的平坦光采样信号输出至所述第二环形器10的第二端口②；
在本发明一实施例中，所述色散位移光纤9为高非线性色散位移光纤。
所述第二环形器10的第一端口①与所述第一环形器8的第三端口③连接，第二端口②与所述色散位移光纤9连接，第三端口③与所述采样器12连接；
所述第一环形器8、第二环形器10以及色散位移光纤9组成布里渊均衡器，用于将逆时针传播的斯托克斯光控制在环路内部，具体地，当采样源的功率不平坦时，超过布里渊阈值的部分会引起受激布里渊散射，将功率降低，散射的逆向斯托克斯光会沿着第一环形器8的第二端口②输入第三端口③，然后沿着逆时针方向传播，入射到第二环形器10的第一端口①并从第二端口②输出，这样斯托克斯光就会沿着逆时针方向在布里渊均衡器内部传输，这样布里渊均衡器可以有效的均衡多波长采样源的功率分布。
所述任意波形发生器11的输出端口与所述采样器12的射频端口连接，用于向所述采样器12输出射频信号；
所述采样器12用于根据接收到的光信号对于所述射频信号进行采样，得到采样光信号；
在本发明一实施例中，所述采样器12通过强度调制器的强度调制来实现采样。
所述波分解复用器13的输入端口与所述采样器12的输出端口连接，用于对于采样光信号进行波分解复用，即将高速并行光信号转化为低速串行光信号；
所述多个光电探测器14、15、16、17的输入端口分别与所述波分解复用器13的输出端口相连，用于对于接收到的串行光信号进行光电转换；
所述多个电信号处理模块18、19、20、21的输入端口分别与所述多个光电探测器14、15、16、17的电输出端口连接，用于对于接收到的电信号进行量化等处理。
所述光采样系统工作时，波分复用后的光采样源信号首先经过光放大器7的放大，然后入射到第一环形器8的第一端口，进而入射到色散位移光纤9内部发生受激布里渊散射效应，环形器8、10以及色散位移光纤9组成布里渊均衡器，第二环形器10的输出光信号入射到采样器12，任意波形发生器11输出的任意波形通过采样器12实现光采样，得到采样光信号；采样光信号入射到波分解复用器13进行波分解复用，将串行数据信号转化为并行数据信号，然后入射到光电探测器，进行光电转换。
其中，所述偏振控制器6可以是光纤结构或者是波导结构的偏振控制器，也可以是空间结构的偏振控制器。
所述强度调制器可以是铌酸锂晶体的也可以是半导体聚合物的或者有机聚合物的强度调制器；调制带宽越宽越好，半波电压越小越好，偏压越稳定越好，插损越低越好。
所述色散位移光纤9可以是掺锗高非线性光纤也可以是硫化物高非线性光纤；只要保证1550nm的色散值为0即可。
所述光电探测器14、15、16、17可以是光电二极管也可以是光电倍增管；可以是磷化铟材料的也可以是硅基材料的；带宽越宽越好，饱和输入光功率越大越好，光电转化效率越高越好。
图2是本发明光采样系统的原理示意图，其中，图2(a)为布里渊均衡器输出的光谱(对应图1中的位置a)的示意图，此光谱为波长交错、时分复用并且通过布里渊均衡器进行了多波长功率均衡；图2(b)为经过光采样之后得到的多波长光谱(对应图1中的位置b)的示意图。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于量子点锁模激光器的光采样系统，其特征在于，该系统包括：多个量子点锁模激光器、波分复用器、偏振控制器、光放大器、第一环形器、色散位移光纤、第二环形器、任意波形发生器、采样器、波分解复用器、多个光电探测器和多个电信号处理模块，其中：
所述多个量子点锁模激光器中的每一个用于产生一组多波长光采样信号；
所述波分复用器与所述多个量子点锁模激光器连接，用于将多路光信号合为一束光信号，以实现波分复用；
所述偏振控制器的输入端口与所述波分复用器的输出端口连接，用于对于所述波分复用器输出的光信号进行偏振态调节；
所述光放大器的输入端口与所述偏振控制器的输出端口连接，用于对于接收到的光信号进行放大处理；
所述第一环形器的第一端口与所述光放大器的输出端口连接，第二端口与所述色散位移光纤连接，第三端口与所述第二环形器的第一端口连接，用于将接收到的光信号路由到所述色散位移光纤，在所述色散位移光纤内部发生受激布里渊散射效应；
所述色散位移光纤用于发生受激布里渊散射，并将得到的平坦光采样信号输出至所述第二环形器的第二端口；
所述第二环形器的第一端口与所述第一环形器的第三端口连接，第二端口与所述色散位移光纤连接，第三端口与所述采样器连接；
所述任意波形发生器的输出端口与所述采样器的射频端口连接，用于向所述采样器输出射频信号；
所述采样器用于根据接收到的光信号对于所述射频信号进行采样，得到采样光信号；
所述波分解复用器的输入端口与所述采样器的输出端口连接，用于对于采样光信号进行波分解复用，即将高速并行光信号转化为低速串行光信号；
所述多个光电探测器的输入端口分别与所述波分解复用器的输出端口相连，用于对于接收到的串行光信号进行光电转换；
所述多个电信号处理模块的输入端口分别与所述多个光电探测器的电输出端口连接，用于对于接收到的电信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个量子点锁模激光器输出的光信号的波长均不相同。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述色散位移光纤为高非线性色散位移光纤。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一环形器、第二环形器以及色散位移光纤组成布里渊均衡器，用于将逆时针传播的斯托克斯光控制在环路内部，以均衡多波长采样源的功率分布。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采样器通过强度调制器的强度调制来实现采样。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述强度调制器为铌酸锂晶体的、半导体聚合物的或者有机聚合物的强度调制器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏振控制器为光纤结构、波导结构或空间结构的偏振控制器。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述色散位移光纤为掺锗高非线性光纤或硫化物高非线性光纤。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电探测器由磷化铟材料或硅基材料制作。
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