RU2767292C1 - Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь - Google Patents
Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767292C1 RU2767292C1 RU2021105847A RU2021105847A RU2767292C1 RU 2767292 C1 RU2767292 C1 RU 2767292C1 RU 2021105847 A RU2021105847 A RU 2021105847A RU 2021105847 A RU2021105847 A RU 2021105847A RU 2767292 C1 RU2767292 C1 RU 2767292C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- signal
- output
- radiophotonic
- electronic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F7/00—Optical analogue/digital converters
Abstract
Изобретение относится к оптике, радиофотонике и к системам радио- и оптической локации, волоконно-оптической и беспроводной связи, и может быть использовано в радиофотонных каналах радиоэлектронных систем приема и обработки оптической информации. Технический результат - упрощение конструкции радиофотонного АЦП. Изобретение представляет собой радиофотонный аналого-цифровой преобразователь, содержащий функционально и конструктивно связанные оптический разветвитель, быстродействующий фотоприемник, высокочастотный электронный компаратор, введены формирователь сигнала, оптические разветвители, оптический модулятор, оптический изолятор, оптический когерентный объединитель, оптическая линия задержки, генератор тактовых импульсов, при этом фотоприемник последовательно своим выходом соединен с электронным компаратором и формирователем n-го разряда цифрового сигнала, выход электронного компаратора соединен с электрическим входом оптического модулятора, при этом блоки формирования сигналов каждого из N цифровых разрядов соединены последовательно. Формирователь сигнала представляет собой электронный пороговый элемент с заданным временем задержки электрического сигнала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к оптике, радиофотонике и к системам радио- и оптической локации, а также к системам волоконно-оптической и беспроводной связи, и может быть использовано в радиофотонных каналах радиоэлектронных систем приема и обработки оптической информации.
Известны оптические аналого-цифровые преобразователи [1. Патент RU 2119182 от 05.05.1996; 2. Патент RU 2177165 от 24.05.2000; 3. Патент RU 2324210 от 21.11.2006], содержащие источник излучения, разветвители, ответвители, оптические бистабильные элементы и оптические компараторы. Оптические аналого-цифровые преобразователи (АЦП) обеспечивают цифровое преобразование оптических аналоговых сигналов в двоичный код с высоким быстродействием, характерным для оптических устройств обработки информации. Оптический АЦП по заявке RU 94028431 от 27.07.1994 содержит источник когерентного оптического излучения (ИКОИ), оптический усилитель, оптический разветвитель, группу N оптических бистабильных элементов и оптический шифратор.
Недостатками описанных оптических АЦП является невозможность использования в радиофотонных каналах радиолокационных станций, волоконно-оптической и беспроводной связи и др. по причине ориентации оптических АЦП на последующее, после аналого-цифрового преобразования, использование для обработки информации оптических вычислительных машин, которые пока не нашли широкого применения.
Наиболее близким заявляемому изобретению является фотонный АЦП по патенту US 6326910 от 04.12.2001, предназначенный для использования в радиофотонных каналах радиолокационных станций, а также волоконно-оптической и беспроводной связи и включающий в себя оптический разветвитель и ряд параллельно включенных цепей, каждая из которых содержит оптическую линию задержки, быстродействующий (пиковый) фотодетектор, высокочастотный электронный компаратор, соединенные последовательно.
Недостатком фотонного N-разрядного АЦП является сложность конструкции, заключающаяся в необходимости использования для цифрового преобразования 2N фотоприемников и 2N электронных компараторов.
Задача изобретения - упрощение конструкции радиофотонного АЦП.
Технический результат достигается за счет того, что в радиофотонный аналого-цифровой преобразователь, содержащий функционально и конструктивно связанные оптический разветвитель, быстродействующий фотоприемник, высокочастотный электронный компаратор, введены формирователь сигнала, оптические разветвители, оптический модулятор, оптический изолятор, оптический когерентный объединитель, оптическая линия задержки, генератор тактовых импульсов, при этом фотоприемник последовательно своим выходом соединен с электронным компаратором и формирователем n-разряда цифрового сигнала, выход электронного компаратора соединен с электрическим входом оптического модулятора, при этом электрически связанные фотоприемник, электронный компаратор, формирователь n-разряда цифрового сигнала и оптический модулятор представляют собой блок формирования n-разряда цифрового сигнала, а блоки формирования цифровых сигналов каждого из N цифровых разрядов соединены последовательно, а электронный компаратор выполнен тактируемым, то есть сравнение сигналов в нем происходит только в момент прихода тактового импульса от генератора тактовых импульсов.
Формирователь сигнала представляет собой электронный пороговый элемент с заданным временем задержки электрического сигнала.
Оптический модулятор предназначен для модуляции оптического излучения лазера сверхширокополосным сигналом под действием внешнего поля и может быть основан на использовании любого из известных эффектов изменения амплитуды оптического излучения под действием внешнего поля: электрооптического, магнитооптического, акустооптического и др.
Оптический изолятор может быть выполнен, например, в виде последовательно расположенных вдоль общей оптической оси и оптически сопряженных поляризатора, ячейки Фарадея и анализатора.
Оптическая линия задержки представляет собой оптический кристалл с заданным показателем преломления n, изменяющим (уменьшающим) скорость v распространения оптического излучения согласно формуле: v=с/n, где с - скорость света в вакууме.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами:
- фиг. 1 - функциональная схема блока формирования n-го разряда АЦП;
- фиг. 2 - функциональная схема радиофотонного АЦП.
На фиг. 1, 2 использованы следующие обозначения: 1 - быстродействующий фотоприемник; 2 - электронный компаратор; 3 - формирователь цифрового сигнала; 4, 7, 11 - оптические разветвители; 5 - оптическая линия задержки; 6 - когерентный оптический объединитель; 8 - оптический модулятор; 9 - оптический изолятор; 10 - источник когерентного оптического излучения (ИКОИ); 12 - блок формирования n-го разряда АЦП; 13 - генератор тактовых импульсов; Авх0, Авх - амплитуда входного модулированного оптического сигнала соответственно на входе и на выходе оптического разветвителя 11; Аоп - амплитуда опорного когерентного оптического излучения с выхода ИКОИ 10; D0, D1, D2, …, DN-1 - электрические выходы N-разрядного АЦП; Авых - амплитуда выходного (с выхода оптического объединителя 6) когерентного оптического сигнала; Авых оп=(Aon/2)xDn-1 - амплитуда выходного опорного оптического сигнала с выхода оптического разветвителя 7; Uоп/2(N-n-1) - опорное входное напряжение электронного компаратора, где N - количество цифровых разрядов; n - номер текущего разряда. При этом выход фотоприемника последовательно соединен с электронным компаратором 2 и с формирователем сигнала 3, а также с оптическим модулятором 8.
Заявляемый радиофотонный АЦП работает по принципу конвейерного АЦП (см. фиг. 1). Информационный оптический сигнал Авх0, модулированный по амплитуде, посредством разветвителя 4 подается на вход фотоприемника 1, и параллельно - на вход оптической линии задержки 5. Электрический сигнал с выхода фотоприемника 1 поступает на вход компаратора 2 и далее - на вход формирователя сигнала 3 и модулятора 8. Одновременно опорный сигнал Аоп с выхода ИКОИ 10 через оптический разветвитель 7 подается на вход последовательно соединенных модулятора 8 и оптического изолятора 9 и параллельно - на вход следующего блока формирования 12 n-го разряда цифрового сигнала.
На вход электронного компаратора 2 с выхода фотоприемника 1 поступает аналоговый электрический сигнал, пропорциональный оптическому сигналу, и опорное напряжение, равное Uоп/2(N-n-1), компаратор при этом выдает логическую единицу, если выходной сигнал фотоприемника превышает значение Uоп/2(N-n-1), или логический ноль в противном случае. При этом электронный компаратор 2 является тактируемым, то есть сравнение сигналов в нем происходит только в момент прихода тактового импульса от генератора тактовых импульсов 13.
Логический сигнал («0» или «1») поступает на модулятор 8. При этом, если сигнал равен логической единице, то модулятор 8 делит опорное оптическое излучение на 2 - Aоп/2; если сигнал равен логическому нулю, то выходной сигнал модулятора 8 равен Аоп.
На объединителе 6 сигналы Авх и Аоп когерентно суммируются и поступают на вход блока формирования следующего разряда цифрового сигнала.
Оптическая линия задержки 5 необходима для согласования времени прихода сигналов Авх и Аоп на объединитель 6. В результате сравнения этих сигналов на выходе формирователя сигнала 3 формируется n-й отсчет (n=0, 1, 2, …, N-1) цифрового сигнала (n-й разряд цифрового сигнала). Оптический сигнал Aвых с выхода оптического объединителя 6 и опорный сигнал Авых=Аоп/2 с выхода ИКОИ 10 поступают на оптические входы последовательно соединенных блоков формирования сигналов N-1, …, 1, 0-го цифровых разрядов Dn-1, …, D1, D0. С выхода разветвителя 11 на вход ИКОИ 10 поступает входной оптический сигнал для фазовой автоподстройки частоты ИКОИ 10.
С выхода ИКОИ 10 оптическое излучение Аоп (см. фиг. 2) поступает соответственно на оптические входы блоков формирования 12 цифровых разрядов, причем выходные сигналы (N-1)-гo блока формирования являются входными сигналами (N-2)-гo блока, т.е. выходные оптические сигналы блока формирования старшего разряда являются входными сигналами блока формирования более младшего (на один разряд) разряда, и т.д. В результате на выходах блоков формирования 12 формируется N-разрядный цифровой сигнал Dn-1, DN-2, …, D0.
Таким образом, алгоритм формирования цифровых разрядов имеет вид:
Оптический изолятор необходим для того, чтобы исключить влияние модулированного оптического излучения на опорное излучение при обратном распространении оптической волны в волноводе.
Так как радиофотонный АЦП работает по принципу конвейерного электронного АЦП, то сигналы разрядов формируются последовательно на выходах компараторов для одновременного формирования разрядов на выходе АЦП в заявляемый радиофотонный АЦП введены формирователи сигналов с заданным временем задержки для каждого разряда АЦП.
Для реализации описанного радиофотонного АЦП требуется N фотоприемников и компараторов. При N=10 количество фотоприемников и электронных компараторов по сравнению с прототипом уменьшается в 2N/N=102,4 раза.
Технический результат заключается в упрощении конструкции радиофотонного АЦП, заключающемся в использовании меньшего количества фотоприемников и электронных компараторов по сравнению с прототипом в 2N/N раз, и в обеспечении за счет этого возможности более эффективного аналого-цифрового преобразования модулированных по амплитуде аналоговых оптических сигналов.
Claims (2)
1. Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь, содержащий функционально и конструктивно связанные оптический разветвитель, быстродействующий фотоприемник и высокочастотный электронный компаратор, отличающийся тем, что в него введены формирователь сигнала, оптические разветвители, оптический модулятор, оптический изолятор, оптический когерентный объединитель, оптическая линия задержки и генератор тактовых импульсов, при этом фотоприемник последовательно своим выходом соединен с электронным компаратором и с формирователем n-го разряда цифрового сигнала, выход электронного компаратора соединен с электрическим входом оптического модулятора, при этом электрически связанные фотоприемник, электронный компаратор, формирователь n-го разряда цифрового сигнала и оптический модулятор представляют собой блок формирования n-го разряда цифрового сигнала, а блоки формирования каждого из N разрядов цифрового сигнала соединены последовательно.
2. Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что электронный компаратор выполнен тактируемым, то есть сравнение сигналов в нем происходит только в момент прихода тактового импульса от генератора тактовых импульсов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105847A RU2767292C1 (ru) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105847A RU2767292C1 (ru) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2767292C1 true RU2767292C1 (ru) | 2022-03-17 |
Family
ID=80737077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105847A RU2767292C1 (ru) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2767292C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU215210U1 (ru) * | 2022-06-01 | 2022-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.И. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Фотонный аналого-цифровой преобразователь |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6326910B1 (en) * | 2000-11-06 | 2001-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Photonic analog-to-digital conversion using light absorbers |
| RU2177165C1 (ru) * | 2000-05-24 | 2001-12-20 | Ростовский военный институт ракетных войск | Оптический аналого-цифровой преобразователь |
| RU2324210C1 (ru) * | 2006-11-21 | 2008-05-10 | Сергей Викторович Соколов | Оптический аналого-цифровой преобразователь |
| CN101303508A (zh) * | 2007-05-09 | 2008-11-12 | 电子科技大学 | 一种全光结构的模数转换器 |
| EP3114531A2 (en) * | 2014-03-07 | 2017-01-11 | Elettronica S.p.A. | Photonic-assisted rf spectrum scanner for ultra-wide band receivers |
| US10725361B1 (en) * | 2017-10-02 | 2020-07-28 | SeeQC Inc. | Superconducting optical-to-digital converter |
-
2021
- 2021-03-05 RU RU2021105847A patent/RU2767292C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2177165C1 (ru) * | 2000-05-24 | 2001-12-20 | Ростовский военный институт ракетных войск | Оптический аналого-цифровой преобразователь |
| US6326910B1 (en) * | 2000-11-06 | 2001-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Photonic analog-to-digital conversion using light absorbers |
| RU2324210C1 (ru) * | 2006-11-21 | 2008-05-10 | Сергей Викторович Соколов | Оптический аналого-цифровой преобразователь |
| CN101303508A (zh) * | 2007-05-09 | 2008-11-12 | 电子科技大学 | 一种全光结构的模数转换器 |
| EP3114531A2 (en) * | 2014-03-07 | 2017-01-11 | Elettronica S.p.A. | Photonic-assisted rf spectrum scanner for ultra-wide band receivers |
| US10725361B1 (en) * | 2017-10-02 | 2020-07-28 | SeeQC Inc. | Superconducting optical-to-digital converter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU215210U1 (ru) * | 2022-06-01 | 2022-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.И. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Фотонный аналого-цифровой преобразователь |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106990642B (zh) | 基于调制器多通道解复用的光模数转换装置 | |
| CN103678258B (zh) | 一种提高硅基光学矩阵处理器数据分辨率的方法 | |
| US8009995B2 (en) | Method and apparatus for photonic digital-to-analog conversion | |
| US4928007A (en) | Opto-electric A/D converter | |
| EP0617793B1 (en) | Digital sampling of individual pulses | |
| CN109828421B (zh) | 一种基于强度调节和差分编码技术的光子模数转换方法及系统 | |
| CN105319798A (zh) | 采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置 | |
| CN111458953A (zh) | 基于光子并行采样的光模数转换架构及其实现方法 | |
| CN103034016A (zh) | 一种全光模数转换设计方法 | |
| RU2767292C1 (ru) | Радиофотонный аналого-цифровой преобразователь | |
| EP3196694B1 (en) | Optically sampled analog-to-digital converter and method for using the analog-to-digital converter | |
| CN101281339A (zh) | 一种Sagnac结构的光学模数转换器 | |
| Xu et al. | Optical tensor core architecture for neural network training based on dual-layer waveguide topology and homodyne detection | |
| CN106773449B (zh) | 一种基于双向可扩展多阶级联光谱压缩结构的高精度全光量化装置及方法 | |
| CN114124098B (zh) | 基于光子射频存储的相干探测型时间交织采样模数转换器 | |
| CN110231746A (zh) | 基于全光比较的光子模数转换系统和方法 | |
| CN109884839B (zh) | 一种基于非对称数字编码方案的光子模数转换系统及方法 | |
| Holmes et al. | Switchable all-optical encoding and decoding using optical fibre lattices | |
| CN106814517A (zh) | 基于光子复制缓存辅助的模数转换方法及装置 | |
| RU2420866C1 (ru) | Цифроаналоговый преобразователь с линией передачи | |
| RU2329527C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь | |
| US20240160084A1 (en) | Temporal resolution and fidelity enhancement of arbitrary waveforms | |
| RU2177165C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь | |
| RU2745592C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь | |
| RU2117323C1 (ru) | Оптический аналого-цифровой преобразователь |