CN1652008A - 光学数模转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过利用连续波或脉冲激光信号来实现光学数模转换。该激光信号分成多个互相干光束，这些光束由数字数据序列的比特进行相移调制，以便转换成模拟信号。这些相移调制的光束被重新组合，以便实现想要的数模转换的光信号。

Description

光学数模转换器

技术领域

本发明涉及光波形发生系统，特别是涉及数字信号到模拟光信号的转换。

背景技术

数模(D/A)转换器是电子和光电信号处理和数据传输中的关键部件。在许多光学传输系统中，数字数据必须转换成模拟形式以用于处理和/或传输。实际上，利用光学技术来实现D/A转换器有许多优点，例如，高速时钟和信号抽样、宽带、轻重量的组件等。另外，高速任意的模拟波形发生器可以利用甚高速D/A转换器来实现。

一种这样的光学D/A转换器在2003年1月第15卷第1期的IEEE光电技术论文第117-119页作者为A.Yacoubian等人的“利用电光调制器的数模转换”的文章中描述。但是，所公开的实施例仅局限于所谓的2比特光电D/A转换器。

发明内容

现有已知光学调制方案的这些和其它问题和局限在申请人的发明中得以克服，即利用连续波或脉冲的激光信号，所述信号被分成多个互相干的光束。多个光束的每一个都被数据序列的比特(控制信号)进行相移调制，以生成相应的多个相移调制的互相干的光信号。调制后的光信号被重新组合以形成想要的数模转换后的光信号用于想要的用途。

在本发明的一个具体实施例中，相位调制这样来实现，即将包含连续波激光信号的光信号分成多个类似的互相关的光信号，用数字数据比特(控制信号)来相移调制每个类似连续波激光信号的连续波相干光信号。然后，多个相移调制的连续波光信号被组合以生成得到的转换后的数模信号。

在本发明的另一个实施例中，在提供序列的数据比特以调制所提供的连续波激光信号的多个互相关光信号之前，经一处理器来预处理所提供的数字数据序列。

在本发明的另一个实施例中，提供脉冲激光信号作为光学数模转换器的输入。脉冲激光信号被分成多个互相干的光束，这些光束由存储在存储器中的数据序列来进行相移调制，以便在重新组合相移调制的光束以后生成基本没有抖动的模拟光信号。控制脉冲激光信号以便具有与存储器单元的数据序列相同的重复频率。通过正确地校准数据序列与脉冲激光信号的脉冲，消除了定时抖动的影响。

在本发明的另一个实施例中，根据本发明，不是在单级数模转换器中堆积更多的相移调制器，而是具有更少相移调制器的多级数模转换器级联，以形成整个数模转换器。本发明的实施例的优点在于能够实现离散输出电平的理想分布。

附图说明

图1表示本发明一个实施例的简化方框图；

图2也表示本发明第二个实施例的简化方框图；

图3说明本发明第三个实施例的简化方框图；和

图4表示本发明第四个实施例细节的简化方框图。

具体实施方式

图1表示本发明一个实施例的简化方框图。具体来说，示出了一个光源101，通常包括连续波或脉冲激光，以便生成理想波长的光信号。要被处理的示范性光信号具有大约2.3×10¹⁴赫兹到大约1.8×10¹⁴赫兹的光频，即大约1.3微米到大约1.7微米的波长。在一个例子中，波长大约为1.55微米，即频率为1.93×10¹⁴赫兹的连续波光信号由光源101生成并经102提供给光学数模转换器100。在光学数模转换器100中，连续波光信号经光路径103提供给分解器104，分解器104生成N个互相干的光束105-1到105-N。互相干的光束数目N至少是二(2)，但通常采用四(4)到八(8)个光束。下面将讨论本申请中N个光束互相干的重要性。在这个例子中，分解器104是多模干扰(MMI)耦合器。N个互相干的光束一一对应地分别提供给相应多个光学移相器106-1到106-N。还经112-1到112-N提供给移相器106-1到106-N的是数据序列的比特，即控制信号，以使移相器106-1到106-N的相移能够执行想要的数模转换。因此，在这个例子中，数模转换通过使用电光相移调制方案来实现，或者通过直接相移调制来自激光源101的连续波光束或利用Mach Zehnder相移调制器的外部相移调制。调制信号的频率在微波/毫米波范围。从移相器106-1到106-N的相移调制输出经光路径107-1到107-N分别提供给光学组合器108，在此它们被重新组合以形成想要的模拟光信号。在这个例子中，组合器108是多模式干扰(MMI)耦合器。此模拟光信号经光路径109和110提供给线性光电二极管111，该光电二极管111产生用于想要用途的电信号。

由光电二极管111所检测的重新组合后的相移调制光信号具有通过光电二极管111的如下计算的电流i_PD：

$i_{\mathrm{PD}}={\mathrm{RP}}_m{\left|\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(\mathrm{j\π}\frac{V_i}{V_{\mathrm{\π}}}\right)\right|}^2$

其中R是光电二极管111的响应率，P_m是施加的光功率，V_i是第i个相移调制器的控制电压，V_π是用于相移调制器的开关电压。如果现在这样来配置控制电压，以使每个控制电压具有两个不同的电平，即V_i，low和V_i，hi，则实现2ⁱ个输出电流i_PD值。如果两个不同的控制电压电平V_i，low和V_i，hi以“高”速率相互转换，则在光电二极管111的输出形成任意的波形。所谓的“高”速率通常为10-40Gbits/s，但可以高达160Gbits/s。

每个分支的相移调制器106可以例如在具有线性电光效应的材料系统中制造，如InP、GaAs或LiNbO₃。光波导的有效折射率的变化与此波导垂直的电场成正比。高频分布的电波导在工程上设计成与光波以匹配的传播速率来共同传播，从而传送具有高调制带宽的本地电场。不同的分支将以不同的时长来延迟光信号。这在移相器106的输出得到不同的相位。在组合器108中，这些在结构上互相干扰的不同输出相位的信号由于这些信号经历的不同延时而具有不同的延时的光信号相位。在MMI耦合器，即组合器108之后得到的光信号是在结构上互相干扰的所有相移光信号的总和。

图2也表示本发明第二实施例的简化方框图。图2的实施例类似于图1，包括从物理和功能的观点来看实质上相同的类似元件。这些类似的元件具有与图1相似的附图标记，这里不再详细描述了。图1和图2实施例的唯一显著的区别在于处理器201的使用。可以看出一个或多个数据信号经输入连接202提供给处理器201。在处理器201中，数据信号用于编码和生成控制电压信号，以便驱动相移调制器106-1到106-N。这些控制电压信号经输出连接112-1到107-N分别提供给移相器106-1到106-N。

图3说明本发明第三个实施例的简化方框图。图3的实施例也类似于包括从物理和功能的观点来看实质上相同的类似元件。这些类似的元件具有与图1相似的附图标记，这里不再详细描述了。图1和图3实施例的唯一显著的区别在于脉冲激光信号作为脉冲激光器301的输入提供给光学数模转换器100，并且控制脉冲激光信号102以便具有与存储器单元302的数据序列相同的重复频率。脉冲激光信号经分解器104被分成多个互相干的光束105-1到105-N，并经移相器106-1到106-N通过存储在存储器中的数据序列相移调制，以便在重新组合相移调制后的光束以后生成基本上没有抖动的模拟光信号。经时钟303控制脉冲激光信号102以便具有与存储器单元302的数据序列相同的重复频率。通过适当的校准数据序列与脉冲激光信号的脉冲，消除了定时抖动的影响。

图4说明根据本发明的另一个数模转换器100细节的简化方框图。在这个实施例中级联多级数模转换器100-1到100-J，以便实现想要数目的相移调制的光束，以得到整个数模转换。每一级至少需要两个(2)分支，总级数是二(2)到四(4)，即四(4)到八(8)个分支的光束要被数据序列的比特，即控制电压信号进行相移调制。此模拟光信号经光路径109和110提供给线性光电二极管111，该光电二极管111生成用于想要用途的电信号。此实施例的优点在于是实现离散输出电平的理想分布。

由光电二极管111所检测的重新组合后的相移调制光信号具有通过光电二极管111的如下计算的电流i_PD：

$i_{\mathrm{PD}}={\mathrm{RP}}_m\underset{j}{\mathrm{\Π}}{\left|\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(\mathrm{j\π}\frac{V_{i,j}}{V_{\mathrm{\π}}}\right)\right|}^2$

其中j是第j级的运转指数。

上述的实施例当然只是说明本发明的原理。实际上，多种其它的方法或装置可由本领域技术人员想到，而没有超出本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用转换模块将数字信号光学地转换成模拟信号的方法，包括步骤：

接收预定的光信号；

将接收到的光信号分成多个互相干的光束；

以一一对应的方式将所述多个光束提供给相应的多个光学移相器；

将数字数据序列的比特提供给所述多个光学移相器，用于控制提供给所述多个移相器的各个移相器的光束的移相；

将所述移相后的光束提供给组合器，用于重新组合互相干的相移光束；和

所述组合后的互相干移相光束表示已经过光学转换的数模光信号。

2.如权利要求1所述的方法，还包括生成连续波激光信号。

3.如权利要求1所述的方法，还包括生成脉冲激光信号，并控制所述脉冲激光信号，以便具有与存储器单元所提供的比特相同的重复速率，从而控制每个所述光学移相器的相移。

4.如权利要求2或3所述的方法，还包括光电二极管，用于检测表示所述光学转换后的数模光信号的所述重新组合的光信号。

5.如权利要求4的方法，其中响应于所述重新组合的互相干光信号，所述光电二极管具有如下的电流i_PD：

$i_{\mathrm{PD}}={\mathrm{RP}}_m{\left|\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(\mathrm{j\π}\frac{V_i}{V_{\mathrm{\π}}}\right)\right|}^2$

其中i_PD是光电二极管电流，R是光电二极管的响应率，P_m是施加的光功率，V_i是响应于所述数字数据序列的所述比特施加的用于第i个光学相移调制器的控制电压，V_π是用于光学相移调制器的开关电压。

6.如权利要求5所述的方法，还包括配置每个所述控制电压V_i，因此每个电压具有两个电压值，V_i，low和V_i，hi，由此生成2ⁱ个输出电流i_PD值。

7.如权利要求4所述的方法，还包括级联多个所述转换模块，每个转换模块包括预定多个光学移相器，用于生成所述转换后的数模光信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中响应于所述重新组合的互相干光信号，所述光电二极管具有如下的电流i_PD：

$i_{\mathrm{PD}}={\mathrm{RP}}_m\underset{j}{\mathrm{\Π}}{\left|\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(\mathrm{j\π}\frac{V_{i,j}}{V_{\mathrm{\π}}}\right)\right|}^2$

其中j是第j级的运转指数，i_PD是光电二极管电流，R是光电二极管的响应率，P_m是施加的光功率，V_i，j是响应于所述数字数据序列的所述比特施加的用于第j级第i个光学相移调制器的控制电压，V_π是用于光学相移调制器的开关电压。

9.如权利要求8所述的方法，还包括配置每个所述控制电压V_ij，因此每个电压具有两个电压值，V_ij，low和V_ij，hi，由此生成2^ij个输出电流i_PD值。

10.如权利要求6或9所述的方法，还包括以预定速率转换所述控制电压值，以便在所述光电二极管的输出生成任意的波形。

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