CN108227335B - 一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，包括有依次连接的锁模激光器、第一色散介质、第一偏振控制器、偏振调制器及光耦合器，光耦合器的输出端为两路输出，分别为上支路和下支路，光耦合器的输出上支路连接有第二偏振控制器，光耦合器的输出下支路连接有第三偏振控制器，第二偏振控制器和第三偏振控制器的输出端共同连接有偏振合束器，偏振合束器还依次连接有第二色散介质、光电探测器及电模数转换器。本发明的一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，能消除常规光子时间拉伸模数转换系统中的功率衰落传递函数，从而解决了现有系统中采样带宽受限的问题，提高了系统的时间带宽积性能。

Description

一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统
技术领域
本发明属于模数转换系统技术领域，涉及一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统。
背景技术
在电子对抗、宽带通信、雷达等领域，通常需要在接收端对各种大带宽、高频微波信号进行模数转换以便进行后续的数字信号处理。传统的电模数转换器存在“电子瓶颈”，无法高速、高精度地处理高频、大带宽信号。
光子学方法具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势，具备巨大的信号传输和处理能力，因而利用光子学技术可在极短时间内进行复杂信号的处理功能，光子模数转换技术的提出，是微波技术与光波技术发展的必然结果。
光子模数转换技术主要分为四大类，分别为光子辅助模数转换器、光采样电量化模数转换器、光量化电采样模数转换器和光采样光量化模数转换器。而在诸多光子模数转换技术中，光子时间拉伸模数转换系统作为光子辅助模数转换器中的一种方案，以可实现超高采样速率而具有突出优势。该系统将待采样信号调制到光域，并在光域上对信号进行时域拉伸，从而降低电信号的带宽，再通过较低速率的电模数转换器处理，可实现高达10TSample/s的采样速率，该采样性能是一般模数转换系统无可比拟的，但在该方案中，由于信号的时域拉伸需要通过两段色散介质实现，而色散的引入，结合系统中的常规双边带调制方式，会引入一个功率衰落传递函数，导致系统采样带宽有限，无法针对大带宽、多倍频程信号进行无失真采样。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，能消除常规光子时间拉伸模数转换系统中的功率衰落传递函数，从而解决了现有系统中采样带宽受限的问题，提高了系统的时间带宽积性能。
本发明所采用的技术方案是，一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，包括有依次连接的锁模激光器、第一色散介质、第一偏振控制器、偏振调制器及光耦合器，光耦合器的输出端为两路输出，分别为上支路和下支路，光耦合器的输出上支路连接有第二偏振控制器，光耦合器的输出下支路连接有第三偏振控制器，第二偏振控制器和第三偏振控制器的输出端共同连接有偏振合束器，偏振合束器还依次连接有第二色散介质、光电探测器及电模数转换器。
本发明的特征还在于，
偏振调制器上设有射频输入端口。
经第一偏振控制器控制后的光信号的偏振态与偏振调制器的主轴夹角为45°。
分别通过第二偏振控制器和第三偏振控制器调整的光信号的偏振态与偏振调制器主轴的夹角分别为0°和45°。
第二偏振控制器所在的上支路引入的功率传递函数为H1(f)＝sin2(2π2Φ2f2/M)，第三偏振控制器所在的下支路引入的功率传递函数为H2(f)＝cos2(2π2Φ2f2/M)，其中，Φ2为第二色散介质的一阶色散量，f为频率，M为拉伸因子，M与第二色散介质和第一色散介质的色散比值成正比。
本发明的有益效果是，本发明一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，通过将光信号分成两路，通过调整两个支路中的偏振控制器与偏振调制器主轴的夹角，可分别实现相位调制和强度调制，从而实现互补的功率衰落函数，将两路信号叠加，可实现平坦的功率传递函数，从而很好地解决了传统系统中存在的采样带宽受限问题，本发明能对大带宽、多倍频信号进行无失真地模数转换。
附图说明
图1是本发明一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统的结构示意图；
图2是本发明一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统的功率传递函数示意图。
图中，1.锁模激光器，2.第一色散介质，3.第一偏振控制器，4.偏振调制器，5.射频输入端口，6.光耦合器，7.上支路，8.下支路，9.第二偏振控制器，10.第三偏振控制器，11.偏振合束器，12.第二色散介质，13.光电探测器，14.电模数转换器，15.输出端口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，如图1所示，包括有依次连接的锁模激光器1、第一色散介质2、第一偏振控制器3、偏振调制器4及光耦合器6，光耦合器6的输出端为两路输出，分别为上支路7和下支路8，光耦合器6的输出上支路7连接有第二偏振控制器9，光耦合器6的输出下支路8连接有第三偏振控制器10，第二偏振控制器9和第三偏振控制器10的输出端共同连接有偏振合束器11，偏振合束器11还依次连接有第二色散介质12、光电探测器13及电模数转换器14。
偏振调制器4上设有射频输入端口5。
经第一偏振控制器3控制后的光信号的偏振态与偏振调制器4的主轴夹角为45°。
分别通过第二偏振控制器9和第三偏振控制器10调整的光信号的偏振态与偏振调制器4主轴的夹角分别为0°和45°。
第二偏振控制器9所在上支路7引入的系统功率传递函数为H1(f)＝sin2(2π2Φ2f2/M)，第三偏振控制器10所在下支路8引入的系统功率传递函数为H2(f)＝cos2(2π2Φ2f2/M)，其中，Φ2为第二色散介质的一阶色散量，f为频率，M为拉伸因子，M与第二色散介质和第一色散介质的色散比值成正比。
本发明一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统的工作原理：锁模激光器1输出高速窄脉冲信号，窄脉冲经过第一色散介质2后被展宽为啁啾信号，该信号的偏振态经第一偏振控制器3的控制后，与偏振调制器4的主轴夹角为45°，啁啾光信号进入偏振调制器4后，被射频输入端口5的微波信号调制，实现了时间-频率映射，从而偏振调制器4输出的信号频谱和输入射频信号的时域包络一致，该信号经过光耦合器6后分成两路，进入支路7和支路8的光信号偏振态分别通过第二偏振控制器9和第三偏振控制器10调整，使其偏振态与偏振调制器4主轴的夹角分别为0°和45°，从而可在两个支路中分别实现相位调制和强度调制两种调制方式，相位调制信号和强度调制信号经过偏振合束器11耦合后，进入第二色散介质12，实现二次拉伸，同时，该第二色散介质12实现频率-时间映射，从而在第二色散介质12输出端的时域信号包络与合路信号频谱一致，第二色散介质12输出的光信号进入光电探测器13后，经过光电转换，输出电信号，该电信号是一个经过时域拉伸的射频信号，因而带宽降低，再经过一个低速的电模数转换器14量化采样，从而在电模数转换器14的输出端口15完成高速信号的模数转换。本发明的系统中的拉伸因子M与第二色散介质和第一色散介质的色散比值成正比。
在本发明的系统中，在上支路7中，第二偏振控制器9的偏振态调整为与偏振调制器主轴夹角为0°，实现相位调制，在下支路8中，第三偏振控制器10调整为与偏振调制器主轴夹角为45°，实现强度调制，两路不同调制方式引入的系统功率传递函数是互补的，如公式(1)和公式(2)所示，
H1(f)＝sin2(2π2Φ2f2/M) (1)
H2(f)＝cos2(2π2Φ2f2/M) (2)
其中，两个支路的功率传递函数示意图如图2中的点划线和点线所示，而经过合路后，该系统的功率传递函数如公式(3)所示，
H(f)＝H1(f)+H2(f)＝1 (3)
因此，本发明的系统对任意频率信号响应是平坦的，如图2中实线所示，从而消除了常规结构中的功率随频率周期性衰落现象，很好地解决了采样带宽受限问题，从而能实现宽带化的无失真模数转换性能。

Claims (1)

1.一种宽带化采样的光子时间拉伸模数转换系统，其特征在于，包括有依次连接的锁模激光器(1)、第一色散介质(2)、第一偏振控制器(3)、偏振调制器(4)及光耦合器(6)，所述光耦合器(6)的输出端为两路输出，分别为上支路(7)和下支路(8)，所述光耦合器(6)的输出上支路(7)连接有第二偏振控制器(9)，所述光耦合器(6)的输出下支路(8)连接有第三偏振控制器(10)，所述第二偏振控制器(9)和第三偏振控制器(10)的输出端共同连接有偏振合束器(11)，所述偏振合束器(11)还依次连接有第二色散介质(12)、光电探测器(13)及电模数转换器(14)；
所述偏振调制器(4)上设有射频输入端口(5)；
经第一偏振控制器(3)控制后的光信号的偏振态与偏振调制器(4)的主轴夹角为45°；
分别通过第二偏振控制器(9)和第三偏振控制器(10)调整的光信号的偏振态与偏振调制器(4)主轴的夹角分别为0°和45°；
第二偏振控制器(9)所在的上支路(7)引入的系统功率传递函数为H1(f)＝sin2(2π2Φ2f2/M)，第三偏振控制器(10)所在的下支路(8)引入的系统功率传递函数为H2(f)＝cos2(2π2Φ2f2/M)，其中，Φ2为第二色散介质的一阶色散量，f是频率，M为拉伸因子，M与第二色散介质和第一色散介质的色散比值成正比。
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