专利名称：基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光模数转换技术领域，具体涉及的是一种基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统。
背景技术：
随着数字信号处理能力的不断提升，对模数转换器性能的要求越来越高，如今对于高采样率，高分辨率，高带宽模数转换器的需求越来越大，主要应用于先进的实验仪器，军事系统，生物医学成像系统，雷达系统和通信系统等重要领域。UCLA的Jalali教授实验组于1999年首先提出了利用时间拉伸的方法提高模数转换系统的采样率，它相对于传统的电模数转换系统有许多优点如光脉冲抖动较小，可测量的微波信号带宽范围较大等等。Jalali教授实验组并于2007年提出了 lOTSa/s的高速瞬态信号模数转换系统。
传统的仅利用色散拉伸方法的高速瞬态信号光模数转换系统的工作原理是光脉冲先后经过第一、二段色散介质，假设光脉冲的带宽为Λ λ (上下限波长分别为λ i、λ2)，色散介质的色散系数为DO )，则经过第一段色散介质(长度为L1)后,脉冲宽度变为t! = L1 X τ j ( λ ) (I)其中= \λι ομν/ζ为单位长度色散介质上的光脉冲展宽。经过第二段色散介
J λ-ι
质(长度SL2)后，脉冲时间宽度变为t2 = L1 X τ j ( λ ) +L2 X τ 2 ( λ ) (2)若前后色散介质具有相同的色散特性，即τ i ( λ ) = τ 2 ( λ )，则前后脉冲时间宽度之比(t2/ti)决定了时间拉伸倍数(即RF带宽压缩倍数)M = (L^L2) /L2 (3)这种仅依靠色散对光脉冲进行拉伸的方法在高速瞬态信号光模数转换系统中需要较大的色散量，对于色散系数一定的色散介质往往需要很长的光纤长度，光脉冲在较长色散介质中传输时损耗较大，系统信噪比和有效比特位不是很高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，通过可调衰减器调整被动锁模光纤激光器发出的光脉冲的峰值功率，从而使经过第一段色散介质的光脉冲在自相位调制效应和色散效应的共同作用下加速展宽，进而大大的减少所需色散介质长度。本发明的技术解决方案如下一种基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，其特点在于该系统的构成包括激光器，该激光器的输出端经可调衰减器与第一环形器的输入端连接，第一环形器的第一输出端经第一色散介质和第一法拉第旋转镜连接，第一环形器的第二输出端经偏振控制器与双臂单端输出电光调制器的输入端连接，微波信号经混合耦合器分成两路，一路信号输入到双臂单端输出电光调制器的一个臂上，另一路信号经过移相器进行90度的相移后输入到双臂单端输出电光调制器的另一个臂上，双臂单端输出电光调制器的输出端接第二环形器的输入端，第二环形器的第一输出端经第二色散介质和第二法拉第旋转镜连接，第二环形器的第二输出端依次经光纤放大器、光电探测器和电模数转换器相连。所述的第一色散介质和第二色散介质为具有较高色散传输比的色散介质。所述的第一色散介质和第二色散介质为色散补偿光纤。所述的第一法拉第旋转镜和第二法拉第旋转镜为保偏法拉第旋转镜，具有较低的插入损耗。所述的激光器为1540—1560nm的被动锁模光纤激光器。本发明的技术原理如下I.自相位调制技术 被动锁模光纤激光器发出的超短光脉冲通过第一段色散介质时，其传输方程满足非线性薛定谔方程1 — = Sgn(β2) — —— N2e cL |"| Li
2 dr(4)其中，ξ = L/LD表示归一化的距离变量，τ = Τ/%表示归一化的时间变量,Ld表示色散长度，T0为光脉冲的3dB宽度。参量N定义为
/2 — Ld _ yPQTQ=~ = ^m (5)其中，Lm为非线性长度，Y为色散介质的非线性系数，β2可以表示为
「 η οχ-tB9 =----(6)
2 cItw其中，D为色散介质的色散系数，λ为光波波长，c为光脉冲传输速度。参量N决定着光脉冲在色散介质中传输时是由自相位调制还是色散效应起主要作用。当N〈〈l时，色散效应起主要作用；当心>1时，自相位调制效应起重要作用；而当N=I时，色散和自相位调制效应起同样重要的作用。由(5)可知，对于固定脉宽的光脉冲，N与进入色散介质中的光脉冲峰值功率有关，因此可以通过可调衰减器来调整光脉冲的峰值功率，进而来控制光脉冲传输时自相位调制效应的大小。在传统的色散拉伸方法中只利用色散效应来展宽光脉冲，该方法中的脉冲展宽倍数随传输距离的关系表示为m 二 + (L / L0)2(7)本发明中，通过可调衰减器来调整光脉冲的峰值功率，进而利用自相位调制效应来促进色散对光脉冲的展宽程度通过对(4)进行数值仿真，可以得到传输相同距离条件下(L=3LD)，光脉冲展宽的程度随N (对应光脉冲的峰值功率)不同的变化情况。图I为在传输相同距离条件下，仅有色散效应和自相位调制效应(N值为I和N值为3情况下)促进色散时，脉冲展宽的对比图。可以明显看出当有自相位调制效应促进色散时，脉冲展宽的更多。因为脉冲进入第二段色散介质时已经展的很宽，并且由于调制器的损耗，其峰值功率降得很低，不再产生非线性效应即自相位调制效应，因此系统拉伸倍数与仅有色散情况下相同，仍为M=HL2Zl1 (L1为第一色散介质的长度，L2为第二色散介质的长度)。然而，当利用自相位调制效应时，会使光脉冲产生一定相移，可以表示为
权利要求
1.ー种基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，其特征在于该系统的构成包括激光器(I)，该激光器(I)的输出端经可调衰减器(2 )与第一环形器(3 )的输入端连接，第一环形器(3)的第一输出端经第一色散介质(4)和第一法拉第旋转镜(5)连接，第一环形器(3)的第二输出端经偏振控制器(6)与双臂单端输出电光调制器(7)的输入端连接，微波信号(15)经混合耦合器(8)分成两路信号，一路信号输入到双臂单端输出电光调制器(7)的ー个臂上，另一路信号经过移相器(16)进行90度的相移后输入到双臂单端输出电光调制器(7)的另ー个臂上，双臂单端输出电光调制器(7)的输出端接第二环形器(9)的输入端，第二环形器(9)的第一输出端经第二色散介质(10)和第二法拉第旋转镜(11)连接，第二环形器(9)的第二输出端依次经光纤放大器(12)、光电探测器(13)和电模数转换器(14)相连。
2.根据权利要求I所述的基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，其特征在于，所述的第一色散介质(4)和第二色散介质(10)为具有较高色散传输比的色散介质。
3.根据权利要求2所述的基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，其特征在于，所述的第一色散介质(4)和第二色散介质(10)为色散补偿光纤。
4.根据权利要求I所述的基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，其特征在于，所述的第一法拉第旋转镜(5)和第二法拉第旋转镜(11)为保偏法拉第旋转镜。
5.根据权利要求I所述的基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，其特征在于，所述的激光器(I)为1540—1560nm的被动锁模光纤激光器。
全文摘要
一种基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统，包括激光器，激光器的输出端经可调衰减器与第一环形器的输入端连接，第一环形器的第一输出端经第一色散介质和第一法拉第旋转镜连接，第一环形器的第二输出端经偏振控制器与双臂单端输出电光调制器的输入端连接，微波信号经混合耦合器分成两路后接双臂单端输出电光调制器，双臂单端输出电光调制器的输出端接第二环形器的输入端，第二环形器的第一输出端经第二色散介质和第二法拉第旋转镜连接，第二环形器的第二输出端依次经光纤放大器、光电探测器和电模数转换器相连。本发明可以节省色散介质的长度，降低成本，减少色散介质中的损耗。
文档编号G02F7/00GK102662290SQ20121017541
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者卢加林, 吴龟灵, 夏楠, 邹卫文, 陈建平 申请人:上海交通大学