RU215210U1 - Фотонный аналого-цифровой преобразователь - Google Patents
Фотонный аналого-цифровой преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU215210U1 RU215210U1 RU2022114858U RU2022114858U RU215210U1 RU 215210 U1 RU215210 U1 RU 215210U1 RU 2022114858 U RU2022114858 U RU 2022114858U RU 2022114858 U RU2022114858 U RU 2022114858U RU 215210 U1 RU215210 U1 RU 215210U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital converter
- analog
- modulator
- laser
- source
- Prior art date
Links
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 2
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 3
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N Lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000233805 Phoenix Species 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области фотонных интегральных схем. Фотонный аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов и оптически соединенные с ним параллельные, в количестве, равном числу разрядов аналого-цифрового преобразователя, каналы, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные модулятор и фотоприемник, представляет собой интегральную схему. В качестве каждого из модуляторов использован магнитно-оптический модулятор Маха-Цендера. Длина каждой из магнитных пленок, входящей в состав модулятора, соответствующего последующему разряду аналого-цифрового преобразователя, увеличена в два раза относительно длины магнитной пленки, входящей в состав модулятора, соответствующего предыдущему разряду аналого-цифрового преобразователя. Полезная модель обеспечивает повышение быстродействия АЦП при одновременном обеспечении его компактности и, как следствие, возможности его простой интеграции в электронные устройства широкого спектра назначения, в том числе обладающие малыми габаритами.
Description
Полезная модель относится к области фотонных интегральных схем.
Известен фотонный аналого-цифровой преобразователь (далее - АЦП), содержащий источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов (решетку лазерных диодов) и оптически соединенные с ним параллельные, в количестве, равном числу разрядов АЦП, каналы, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные модулятор Фабри-Перо и фотоприемник. Модуляторы Фабри-Перо и волноводы, обеспечивающие оптическое соединение каждого из них с соответствующим лазерным диодом, сформированы на подложке из ниобата лития LiNb(b), решетка лазерных диодов и решетка фотоприемников выведены за пределы подложки (см. статью Chang C.L., Tsai C.S. «Electro-optic analog-to-digital converter using channel waveguide Fabry-Perot modulator array», Appl. Phys. Lett., 43(1), 1 July 1983, pp. 22-24).
Основной недостаток известного АЦП состоит в том, что он отличается невысоким быстродействием вследствие использования модуляторов Фабри-Перо. Кроме этого, компоновка известного АЦП снижает его точность и быстродействие в связи с наличием протяженных линий связи, т.к. АЦП имеет не интегральное, а дискретное исполнение, а по ходу распространения сигнал затухает и искажается.
Раскрытый в упомянутой статье АЦП принят в качестве ближайшего аналога заявленного АЦП.
Техническая проблема, решаемая заявленной полезной моделью, состоит в устранении указанных недостатков.
При этом достигается технический результат, заключающийся в повышении быстродействия АЦП при одновременном обеспечении его компактности и, как следствие, возможности его простой интеграции в электронные устройства широкого спектра назначения, в том числе обладающие малыми габаритами.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания фотонного АЦП, содержащего источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов и оптически соединенные с ним параллельные, в количестве, равном числу разрядов АЦП, каналы, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные модулятор и фотоприемник, представляющего собой интегральную схему. В качестве каждого из модуляторов использован магнитно-оптический модулятор Маха-Цендера. Длина каждой из магнитных пленок, входящей в состав модулятора, соответствующего последующему разряду АЦП, увеличена в два раза относительно длины магнитной пленки, входящей в состав модулятора, соответствующего предыдущему разряду АЦП.
В частном варианте выполнения упомянутый источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов представляет собой интегральный полупроводниковый лазер.
В другом частном варианте выполнения упомянутый источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов выполнен с возможностью подведения лазерного излучения от внешнего лазера.
В предпочтительном варианте выполнения упомянутый источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов выполнен с возможностью подведения лазерного излучения с помощью каплера или средства фокусировки.
В еще одном частном варианте выполнения упомянутая интегральная схема выполнена на материалах А3В5.
В еще одном частном варианте выполнения в качестве материала упомянутых магнитных пленок использован ферромагнетик, выбранный из группы, включающей в себя DyFeCo, GdFeCo или соединения граната.
На фиг. 1 показано схематическое изображение заявленного АЦП, согласно частному варианту выполнения.
На фиг. 2 показана передаточная характеристика 4-разрядного фотонного АЦП.
АЦП, показанный на фиг. 1, содержит источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов 1 и оптически соединенные с ним параллельные, в количестве N, равном числу разрядов АЦП (например, четырем), каналы, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные магнитно-оптический модулятор Маха-Цендера (2a-2d) и фотоприемник (3a-3d). Дополнительно каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные усилитель 4a-4d и компаратор 5a-5d. Длина каждой из магнитных пленок 6a-6d, входящей в состав модулятора 2a-2d, соответствующего последующему разряду АЦП, увеличена в два раза относительно длины магнитной пленки 6a-6d, входящей в состав модулятора 2a-2d, соответствующего предыдущему АЦП, что обеспечивает нужную передаточную характеристику (см. фиг. 2).
Описанные выше модуляторы обладают быстродействием, существенно превышающим быстродействие модуляторов Фабри-Перо, за счет того, что намагниченность пленки переключается за время действия сигнала, кроме того, модуляторы Фабри-Перо обладают более высокой инерционностью, чем модуляторы Маха-Цендера.
Заявленный АЦП представляет собой единую интегральную схему (далее - ИС), выполненную, в частности, на подложке 7 из LiNbO3, на которой выращивают необходимую для реализации топологии ИС гетероструктуру (например, на материалах А3В5 соединений) и проводят с ней необходимые технологические операции, согласно технологическому маршруту. Топологию ИС проектируют и моделируют в САПР, например, при помощи программного обеспечения Lumerical, COMSOL, PhoeniX или Optiwave. Оптическое соединение источника высокочастотной последовательности лазерных импульсов 1 с каждым из каналов АЦП обеспечено, в частности, путем формирования волноводов диффузией титана.
В частном варианте, показанном на фиг. 1, источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов 1 выполнен с возможностью подведения лазерного излучения от внешнего лазера (например, волоконного лазера). Лазерное излучение заводят в торец ИС с помощью каплера или средства фокусировки (условно не показаны). Внешний лазер должен обладать нужными для осуществления аналого-цифрового преобразования характеристиками: совмещенной с модуляторами Маха-Цендера 2a-2d и фотоприемниками 3a-3d длиной волны излучения, способностью генерировать высокочастотную последовательность лазерных импульсов, необходимой (учитывая потери) мощностью, достаточной для работы стабильностью. В другом частном варианте в качестве источника высокочастотной последовательности лазерных импульсов 1 может быть использован интегральный полупроводниковый лазер, сформированный на подложке 7 в составе ИС.
Фотоприемники 3a-3d должны обладать достаточной чувствительностью и скоростью приема для осуществления быстрого аналого-цифрового преобразования.
Заявленный АЦП используют следующим образом.
Оцифровываемый сигнал усиливают в усилителе 8 и последовательно подают на магнитные пленки 6a-6d магнитно-оптических модуляторов Маха-Цендера 2a-2d, а фотоприемники 3a-3d принимают модулированную оптическую несущую от источника высокочастотной последовательности лазерных импульсов 1, обеспечивая необходимую передаточную характеристику. Далее сигнал через усилители 4a-4d попадает на компараторы 5a-5d. На выходе из входного аналогового сигнала получается набор из N цифр (0 или 1), соответствующих числу разрядов N, обозначающий число. Например, сигнал + V/2, согласно передаточной характеристике на фиг. 2, будет числом 1001.
Заявленный АЦП способен осуществлять аналого-цифровое преобразование с частотой 10 ГГц и может быть использован, например, для реализации алгоритма шифрования цветного изображения на основе лазерной хаотической системы дробного порядка.
Claims (6)
1. Фотонный аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник последовательности высокочастотных лазерных импульсов и оптически соединенные с ним параллельные, в количестве, равном числу разрядов аналого-цифрового преобразователя, каналы, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные модулятор и фотоприемник, отличающийся тем, что он представляет собой интегральную схему, а в качестве каждого из модуляторов использован магнитно-оптический модулятор Маха-Цендера, при этом длина каждой из магнитных пленок, входящей в состав модулятора, соответствующего последующему разряду аналого-цифрового преобразователя, увеличена в два раза относительно длины магнитной пленки, входящей в состав модулятора, соответствующего предыдущему разряду аналого-цифрового преобразователя.
2. Аналого-цифровой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов представляет собой интегральный полупроводниковый лазер.
3. Аналого-цифровой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов выполнен с возможностью подведения лазерного излучения от внешнего лазера.
4. Аналого-цифровой преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что упомянутый источник высокочастотной последовательности лазерных импульсов выполнен с возможностью подведения лазерного излучения с помощью каплера или средства фокусировки.
5. Аналого-цифровой преобразователь по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что упомянутая интегральная схема выполнена на материалах А3В5.
6. Аналого-цифровой преобразователь по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве материала упомянутых магнитных пленок использован ферромагнетик, выбранный из группы, включающей в себя DyFeCo, GdFeCo или соединения граната.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU215210U1 true RU215210U1 (ru) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2540744A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-01 | Ew Simulation Tech Ltd | Photonic Digital-to-Analogue Converter |
US20170214471A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Irfan Muhammad Fazal | Multi-Bit Digital to Analog-Optical Converter |
US9977310B2 (en) * | 2014-03-10 | 2018-05-22 | Alcatel Lucent | Multi-electrode photonic digital to analog converting vector modulator |
RU2767292C1 (ru) * | 2021-03-05 | 2022-03-17 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9977310B2 (en) * | 2014-03-10 | 2018-05-22 | Alcatel Lucent | Multi-electrode photonic digital to analog converting vector modulator |
GB2540744A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-01 | Ew Simulation Tech Ltd | Photonic Digital-to-Analogue Converter |
US20170214471A1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Irfan Muhammad Fazal | Multi-Bit Digital to Analog-Optical Converter |
RU2767292C1 (ru) * | 2021-03-05 | 2022-03-17 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Якушенков П.О. Фотонный АЦП. Фотон-экспресс. 2021. N6 (174). С. 186. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8009995B2 (en) | Method and apparatus for photonic digital-to-analog conversion | |
US11373089B2 (en) | Serialized electro-optic neural network using optical weights encoding | |
US4694276A (en) | Interferometric analog-to-digital converter and method for operation | |
US5339183A (en) | Optical signal transmission device | |
JPH0719006B2 (ja) | 光電式ad変換器 | |
Yacoubian et al. | Digital-to-analog conversion using electrooptic modulators | |
CN100428043C (zh) | 基于非对称马赫-曾德型调制器的光模数转换器 | |
US7403711B2 (en) | Optical digital-to-analog converter and method of optically converting digital data to analog form | |
CN106375088A (zh) | 用于量子密码通信的编码器和解码器芯片 | |
CN103809346A (zh) | 一种超高速光学模数转换装置 | |
US20100097677A1 (en) | All-optical reconfigurable cascadable logic with linear preprocessing by lightwave interference and post-processing by nonlinear phase erasure | |
US7061414B2 (en) | Optical digital-to-analog converter | |
RU215210U1 (ru) | Фотонный аналого-цифровой преобразователь | |
CN111404547B (zh) | 一种宽带毫米波信号模数转换方法及系统 | |
CN221079153U (en) | Optical digital-to-analog converter and optical digital-to-analog conversion device | |
US20230231631A1 (en) | Cryogenic waveform source | |
RU2361251C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь | |
CN106814517B (zh) | 基于光子复制缓存辅助的模数转换方法及装置 | |
RU2329527C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь | |
Evtikhiev et al. | Optoelectronic interferometric analog–digital converter | |
Leven et al. | High speed integrated InP photonic digital-to-analog converter | |
Taylor | Application of guided-wave optics in signal processing | |
RU2119182C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь | |
JP3560470B2 (ja) | 光スイッチング素子及び光スイッチング素子集積回路 | |
Leonberger | Guided-Wave Electro-Optic Analog-To-Digital Converter |