专利名称：多波长空分光学模数转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光信息技术领域的装置，具体是一种多波长空分光学模数转换 器。
背景技术：
模数转换器是连接模拟世界和数据世界的桥梁。随着数字技术的发展，将这信 号转换成数字信号，再进行传输、存储、处理和显示成为必然的趋势。近年来，电模数转换 (EADC Electronic Analog to Digital Converter)技术发展很快，国际上商用芯片的最 高采样率为30Gs/s、5. 5bit左右，相应设备能够处理的模拟带宽可达30GHz。但这些指标 已接近电的理论极限进一步提高面临很大的挑战。因此必须研究新的技术手段对超宽带信 号进行高速、高分辨采样和处理。光学模数转换技术(PADC :Photonic Analog to Digital Converter)利用光子学的高速、宽带的优点实现对高速信号的采集和处理，具有高采样率、 高带宽、无电子瓶颈以及便于并行等优点，是一种实现超高速模数转换系统的有效途径。目 前已提出多种光模数转换技术方案，包括光学辅助的模数转换器，光采样电量化的模数转 换器，电采样光量化的模数转换器，及全光模数转换器。其中，光采样电量化的模数转换器 能同时利用光子学的高带宽、高精度以及成熟的电量化的优点，成为关注的焦点之一。
经对现有文献检索发现，T. R. Clark等人在IEEE Photon. Tech. Lett. (美 国电气和电子工程师协会光子技术快报)，vol. 11， p. 1168 1169， 1999上发表了题 为"Performance ofa time and wavelength interleaved photonic sampler for analog-digital conversion (用于模数转换的时间-波长交织光子采样器的性能)"的文 章，该文提出了基于波分复用技术的光采样电量化的光学模数转换器，但是该技术的采样 率受限于解复用过程中所需的光开关速度，以及时间同步的精度。 又经检索发现，A. Yariv禾P R. G. M. P. Ko丽ns等人在Flectronics Letters (电 子快报)，34(21) :2012-2013， 1998上发表了题为"Time interleaved optical sampling forultra-high speed A/D conversion(用于超高速模数转换的时间交织光子采样)"的文 章，该文提出了基于时分复用技术的光采样电量化的光学模数转换器，但是该技术可用的 通道数受限于脉冲激光源可用的谱宽、以及所需波分解复用器(W匿)、电光采样门等光器件 的带宽，从而限制了可达到的采样率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多波长空分光学模数转换器， 本发明在采用WDM的同时，利用多个光电采样门通过空间复用实现对高速信号的时间交织 采样，突破基于WDM的PADC限制，进一步提高PADC的采样率。
本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括时间_波长交织时钟发生模块、空分_时间交织采样模块、并行波分 解复用模块和光电转换处理模块，其中时间-波长交织时钟发生模块与空分-时间交织采样模块相连传输时间波长交织光采样时钟信息，空分_时间交织采样模块与并行波分解复
用模块相连传输携带被采样信号的光脉冲序列信息，并行波分解复用模块与光电转换处理
模块相连传输波分解复用的光脉冲序列信息，光电转换处理模块输出复合的数字信号。 所述的时间_波长交织时钟发生模块产生时间波长交织脉冲序列，该模块是多波
长激光器，或者是通过谱分割技术得到的，或者是由若干个激光器合成得到的。 所述的空分_时间交织采样模块利用空分复用实现对高速电信号的时间交织采
样，包括光功率分配器、若干可调延迟控制器、电功率分配器和若干电光采样门，其中光
功率分配器的合路端口与时间-波长交织时钟发生模块相连传输时间波长交织光采样时
钟信号，光功率分配器的分路端口与可调延迟控制器相连输出多路时间波长交织光采样时
钟信号，可调延迟控制器与电光采样门相连传输经延迟调整的光采样时钟信号，电功率分
配器的合路端口输入被采样信号，电功率分配器的分路端口与电光采样门相连传输被采样
信号，电光采样门与并行波分解复用模块相连传输携带被采样信号的光脉冲序列。
所述的电光采样门是电光调制器。
所述的可调延迟控制器是基于PZT的可调光延迟线，或者是可调光纤延迟装置。
所述的光电转换处理模块包括若干光电转换器、若干电模数转换器和数据处理 单元，其中光电转换器与并行波分解复用模块相连传输转换后的电脉冲序列，电模数转换 器与光电转换器相连传输电量化信号，数据处理单元与电模数转换器相连传输复合的数字 信号。
所述的光电转换器是光电探测器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是 1.结合了波分和空分复用技术，在保留了波分解复用简单易行的优点的同时，通 过增加空分路径的数量能够成倍地增加系统的采样率，并且不提高对时间波长交织时钟发 生器、波分复用器以及光电采样门的要求； 2、采用空间复用和精密光学延迟，只需要在光路上进行各个电光采样门采样点的 调整，无须对被采样电信号进行时延调整，确保了高带宽、高精度空分_时间交织采样的实 现； 3、采用空间复用方式，在提高采样率的同时，并未增加对后端光电转换与处理速 率的要求。
图1是实施例构成示意图； 图2是实施例中多波长空分时间交织采样示意图； 其中(a)是实施例进入并行波分解复用模块的交织采样示意图；(b)是实施例进 入光电转换处理模块的交织采样示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的装置进一步描述本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。
实施例 如图1所示，本实施例包括时间_波长交织时钟发生模块、空分_时间交织采样 模块、并行波分解复用模块和光电转换处理模块，其中时间-波长交织时钟发生模块与空 分_时间交织采样模块相连传输时间波长交织光采样时钟信号，空分_时间交织采样模块 与并行波分解复用模块相连传输携带被采样信号的光脉冲序列信号，并行波分解复用模块 与光电转换处理模块相连传输波分解复用的光脉冲序列信号，光电转换处理模块输出复合 的数字信号。
所述的时间_波长交织时钟发生模块是多波长激光器。 所述的空分_时间交织采样模块利用空分复用实现对高速电信号的时间交织采 样，包括1XN的光耦合器、N个基于PZT的可调光纤延迟线、电功率分配器和N个电光调 制器，其中光耦合器的合路端口与时间-波长交织时钟发生模块相连传输时间波长交织 光采样时钟信息，光耦合器的分路端口与可调光纤延迟线相连传输时间波长交织光采样时 钟，可调光纤延迟线与电光调制器相连传输被延迟调整的光采样时钟信号，电功率分配器 的合路端口输入被采样信号，电功率分配器的分路端口与电光调制器相连传输被采样信 号，电光调制器与并行波分解复用模块相连传输携带被采样信号的光脉冲序列。
所述的电光调制器是铌酸锂电光调制器或电吸收调制器。 所述的并行波分解复用模块包括N个波分解复用器，每个波分解复用器包括M个 分路端口 ，其中波分解复用器的合路端口与电光调制器相连传输携带被采样信号的光脉 冲序列，波分解复用器的分路端口与光电转换处理模块相连传输解复用的光采样脉冲序 列。 所述的光电转换处理模块包括NXM个光电探测器、NXM个电模数转换器和一个 数据处理单元，其中光电转换器与并行波分解复用模块相连传输转换后的电脉冲序列，电 模数转换器与光电探测器相连传输电量化数字信号，数据处理单元与电模数转换器相连传 输复合的数字信号。 本实施例时间-波长交织时钟发生模块输出时间波长交织光采样时钟信号，该信 号包含M个波长，其采样率为1/T ;在空分-时间交织采样模块中，采样时钟信号被1XN的 光耦合器等分成N路采样时钟信号，每路采样时钟信号经过对应的可调光纤延迟线分别进 入一个电光调制器进行采样；被采样的电信号被电功率分配器分成N路同时分别加载到每 条空分路径的电光调制器；通过可调光纤延迟线调节每条空分路径上的光采样脉冲的采样 点对被采样信号实现如图2(a)所示的空分时间交织采样，总的采样率为N/T ;各空分路径 上电光调制器的采样输出分别进入并行波分解复用模块中的一个波分解复用器，波分解复 用器有M个与时间波长交织采样时钟中M个波长一一对应的输出端口 ，波分解复用器将输 入的已调采样脉冲序列解复用成M路，采样率降为1/T/M，如图2(b)所示；在光电转换处理 模块中，波分解复模器的每一路输出都分别通过一个光电探测器转换为电信号，再经过一 个采样率为1/T/M的电模数转换器量化为数字信号；最后所有的数据进入数据处理单元进 行综合处理和复合，得到被采样信号的数字化结果。 本实施例的优点通过将波分和空分相结合，本实施例总的采样率相对于电模数 转换器提高了NXM倍；与单纯采用M个波长的波分方案相比，在其它要求不变的情况下，本 实施例的采样率提高了 N倍；无须对被采样电信号进行时延调整，确保了高带宽、高精度空
5分-时间交织采样的实现；在提高采样率的同时，并未增加对后端光电转换与处理速率的 要求，因此本实施例可广泛用于高速宽带信号采集与处理领域。
权利要求
一种多波长空分光学模数转换器，其特征在于，包括时间-波长交织时钟发生模块、空分-时间交织采样模块、并行波分解复用模块和光电转换处理模块，其中时间-波长交织时钟发生模块与空分-时间交织采样模块相连传输时间波长交织光采样时钟信号，空分-时间交织采样模块与并行波分解复用模块相连传输携带被采样信号的光脉冲序列信号，并行波分解复用模块与光电转换处理模块相连传输波分解复用的光脉冲序列信号，光电转换处理模块输出复合的数字信号。
2. 根据权利要求l所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的时间-波长交织时钟发生模块是多波长激光器。
3. 根据权利要求1所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的空分_时间 交织采样模块利用空分复用实现对高速电信号的时间交织采样，包括光功率分配器、若干 可调延迟控制器、电功率分配器和若干电光采样门，其中光功率分配器的合路端口与时 间_波长交织时钟发生模块相连传输时间波长交织光采样时钟信号，光功率分配器的分路 端口与可调延迟控制器相连传输光采样时钟信号，可调延迟控制器与电光采样门相连传输 经延迟调整的光采样时钟信号，电功率分配器的合路端口输入被采样信号，电功率分配器 的分路端口与电光采样门相连传输被采样信号，电光采样门与并行波分解复用模块相连传 输携带被采样信号的光脉冲序列信号。
4. 根据权利要求1所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的可调延迟控 制器是基于PZT的可调光延迟线，或者是可调光纤延迟装置。
5. 根据权利要求3所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的电光采样门 是电光调制器。
6. 根据权利要求5所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的电光调制器是铌酸锂电光调制器或电吸收调制器。
7. 根据权利要求1所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的光电转换处理模块包括若干光电转换器、若干电模数转换器和数据处理单元，其中光电转换器与并 行波分解复用模块相连传输转换后的电脉冲序列，电模数转换器与光电转换器相连传输量 化的数字信号，数据处理单元与电模数转换器相连传输复合的数字信号。
8. 根据权利要求7所述的多波长空分光学模数转换器，其特征是，所述的光电转换器是光电探测器。
全文摘要
本发明公开了一种光信息技术领域的多波长空分光学模数转换器，包括时间-波长交织时钟发生模块、空分-时间交织采样模块、并行波分解复用模块和光电转换处理模块，其中时间-波长交织时钟发生模块与空分-时间交织采样模块相连传输时间波长交织光采样时钟信息，空分-时间交织采样模块与并行波分解复用模块相连传输携带被采样信号的光脉冲序列信息，并行波分解复用模块与光电转换处理模块相连传输波分解复用的光脉冲序列信息，光电转换处理模块输出。本发明通过将波分和空分相结合，大大提高了装置的采样率，可广泛用于高速宽带信号采集与处理领域。
文档编号H04J14/02GK101718944SQ20091031250
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者吴龟灵, 李新碗, 李铭, 郭攀, 陈建平 申请人:上海交通大学