專利名稱：基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字信號處理能力的不斷提升，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能的要求越來越高，如今對于高采樣率，高分辨率，高帶寬模數(shù)轉(zhuǎn)換器的需求越來越大，主要應(yīng)用于先進的實驗儀器，軍事系統(tǒng)，生物醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等重要領(lǐng)域。UCLA的Jalali教授實驗組于1999年首先提出了利用時間拉伸的方法提高模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的采樣率，它相對于傳統(tǒng)的電模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有許多優(yōu)點如光脈沖抖動較小，可測量的微波信號帶寬范圍較大等等。Jalali教授實驗組并于2007年提出了 lOTSa/s的高速瞬態(tài)信號模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的僅利用色散拉伸方法的高速瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作原理是光脈沖先后經(jīng)過第一、二段色散介質(zhì)，假設(shè)光脈沖的帶寬為Λ λ (上下限波長分別為λ i、λ2)，色散介質(zhì)的色散系數(shù)為DO )，則經(jīng)過第一段色散介質(zhì)(長度為L1)后,脈沖寬度變?yōu)閠! = L1 X τ j ( λ ) (I)其中= \λι ομν/ζ為單位長度色散介質(zhì)上的光脈沖展寬。經(jīng)過第二段色散介
J λ-ι
質(zhì)(長度SL2)后，脈沖時間寬度變?yōu)閠2 = L1 X τ j ( λ ) +L2 X τ 2 ( λ ) (2)若前后色散介質(zhì)具有相同的色散特性，即τ i ( λ ) = τ 2 ( λ )，則前后脈沖時間寬度之比(t2/ti)決定了時間拉伸倍數(shù)(即RF帶寬壓縮倍數(shù))M = (L^L2) /L2 (3)這種僅依靠色散對光脈沖進行拉伸的方法在高速瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中需要較大的色散量，對于色散系數(shù)一定的色散介質(zhì)往往需要很長的光纖長度，光脈沖在較長色散介質(zhì)中傳輸時損耗較大，系統(tǒng)信噪比和有效比特位不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，通過可調(diào)衰減器調(diào)整被動鎖模光纖激光器發(fā)出的光脈沖的峰值功率，從而使經(jīng)過第一段色散介質(zhì)的光脈沖在自相位調(diào)制效應(yīng)和色散效應(yīng)的共同作用下加速展寬，進而大大的減少所需色散介質(zhì)長度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特點在于該系統(tǒng)的構(gòu)成包括激光器，該激光器的輸出端經(jīng)可調(diào)衰減器與第一環(huán)形器的輸入端連接，第一環(huán)形器的第一輸出端經(jīng)第一色散介質(zhì)和第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連接，第一環(huán)形器的第二輸出端經(jīng)偏振控制器與雙臂單端輸出電光調(diào)制器的輸入端連接，微波信號經(jīng)混合耦合器分成兩路，一路信號輸入到雙臂單端輸出電光調(diào)制器的一個臂上，另一路信號經(jīng)過移相器進行90度的相移后輸入到雙臂單端輸出電光調(diào)制器的另一個臂上，雙臂單端輸出電光調(diào)制器的輸出端接第二環(huán)形器的輸入端，第二環(huán)形器的第一輸出端經(jīng)第二色散介質(zhì)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連接，第二環(huán)形器的第二輸出端依次經(jīng)光纖放大器、光電探測器和電模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。所述的第一色散介質(zhì)和第二色散介質(zhì)為具有較高色散傳輸比的色散介質(zhì)。所述的第一色散介質(zhì)和第二色散介質(zhì)為色散補償光纖。所述的第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡為保偏法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，具有較低的插入損耗。所述的激光器為1540—1560nm的被動鎖模光纖激光器。本發(fā)明的技術(shù)原理如下I.自相位調(diào)制技術(shù) 被動鎖模光纖激光器發(fā)出的超短光脈沖通過第一段色散介質(zhì)時，其傳輸方程滿足非線性薛定諤方程1 — = Sgn(β2) — —— N2e cL |"| Li
2 dr(4)其中，ξ = L/LD表示歸一化的距離變量，τ = Τ/%表示歸一化的時間變量,Ld表示色散長度，T0為光脈沖的3dB寬度。參量N定義為
/2 — Ld _ yPQTQ=~ = ^m (5)其中，Lm為非線性長度，Y為色散介質(zhì)的非線性系數(shù)，β2可以表示為
「 η οχ-tB9 =----(6)
2 cItw其中，D為色散介質(zhì)的色散系數(shù)，λ為光波波長，c為光脈沖傳輸速度。參量N決定著光脈沖在色散介質(zhì)中傳輸時是由自相位調(diào)制還是色散效應(yīng)起主要作用。當N〈〈l時，色散效應(yīng)起主要作用；當心>1時，自相位調(diào)制效應(yīng)起重要作用；而當N=I時，色散和自相位調(diào)制效應(yīng)起同樣重要的作用。由(5)可知，對于固定脈寬的光脈沖，N與進入色散介質(zhì)中的光脈沖峰值功率有關(guān)，因此可以通過可調(diào)衰減器來調(diào)整光脈沖的峰值功率，進而來控制光脈沖傳輸時自相位調(diào)制效應(yīng)的大小。在傳統(tǒng)的色散拉伸方法中只利用色散效應(yīng)來展寬光脈沖，該方法中的脈沖展寬倍數(shù)隨傳輸距離的關(guān)系表示為m 二 + (L / L0)2(7)本發(fā)明中，通過可調(diào)衰減器來調(diào)整光脈沖的峰值功率，進而利用自相位調(diào)制效應(yīng)來促進色散對光脈沖的展寬程度通過對(4)進行數(shù)值仿真，可以得到傳輸相同距離條件下(L=3LD)，光脈沖展寬的程度隨N (對應(yīng)光脈沖的峰值功率)不同的變化情況。圖I為在傳輸相同距離條件下，僅有色散效應(yīng)和自相位調(diào)制效應(yīng)(N值為I和N值為3情況下)促進色散時，脈沖展寬的對比圖?？梢悦黠@看出當有自相位調(diào)制效應(yīng)促進色散時，脈沖展寬的更多。因為脈沖進入第二段色散介質(zhì)時已經(jīng)展的很寬，并且由于調(diào)制器的損耗，其峰值功率降得很低，不再產(chǎn)生非線性效應(yīng)即自相位調(diào)制效應(yīng)，因此系統(tǒng)拉伸倍數(shù)與僅有色散情況下相同，仍為M=HL2Zl1 (L1為第一色散介質(zhì)的長度，L2為第二色散介質(zhì)的長度)。然而，當利用自相位調(diào)制效應(yīng)時，會使光脈沖產(chǎn)生一定相移，可以表示為
權(quán)利要求
1.ー種基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的構(gòu)成包括激光器(I)，該激光器(I)的輸出端經(jīng)可調(diào)衰減器(2 )與第一環(huán)形器(3 )的輸入端連接，第一環(huán)形器(3)的第一輸出端經(jīng)第一色散介質(zhì)(4)和第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(5)連接，第一環(huán)形器(3)的第二輸出端經(jīng)偏振控制器(6)與雙臂單端輸出電光調(diào)制器(7)的輸入端連接，微波信號(15)經(jīng)混合耦合器(8)分成兩路信號，一路信號輸入到雙臂單端輸出電光調(diào)制器(7)的ー個臂上，另一路信號經(jīng)過移相器(16)進行90度的相移后輸入到雙臂單端輸出電光調(diào)制器(7)的另ー個臂上，雙臂單端輸出電光調(diào)制器(7)的輸出端接第二環(huán)形器(9)的輸入端，第二環(huán)形器(9)的第一輸出端經(jīng)第二色散介質(zhì)(10)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(11)連接，第二環(huán)形器(9)的第二輸出端依次經(jīng)光纖放大器(12)、光電探測器(13)和電模數(shù)轉(zhuǎn)換器(14)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一色散介質(zhì)(4)和第二色散介質(zhì)(10)為具有較高色散傳輸比的色散介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一色散介質(zhì)(4)和第二色散介質(zhì)(10)為色散補償光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(5)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡(11)為保偏法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光器(I)為1540—1560nm的被動鎖模光纖激光器。
全文摘要
一種基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括激光器，激光器的輸出端經(jīng)可調(diào)衰減器與第一環(huán)形器的輸入端連接，第一環(huán)形器的第一輸出端經(jīng)第一色散介質(zhì)和第一法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連接，第一環(huán)形器的第二輸出端經(jīng)偏振控制器與雙臂單端輸出電光調(diào)制器的輸入端連接，微波信號經(jīng)混合耦合器分成兩路后接雙臂單端輸出電光調(diào)制器，雙臂單端輸出電光調(diào)制器的輸出端接第二環(huán)形器的輸入端，第二環(huán)形器的第一輸出端經(jīng)第二色散介質(zhì)和第二法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連接，第二環(huán)形器的第二輸出端依次經(jīng)光纖放大器、光電探測器和電模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連。本發(fā)明可以節(jié)省色散介質(zhì)的長度，降低成本，減少色散介質(zhì)中的損耗。
文檔編號G02F7/00GK102662290SQ20121017541
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者盧加林, 吳龜靈, 夏楠, 鄒衛(wèi)文, 陳建平 申請人:上海交通大學(xué)