专利名称：一种基于动态光谱压缩的全光量化系统及其方法
技术领域：
本发明属于光电技术领域，涉及全光信号处理技术，具体指一种基于动态光谱压缩的全光量化系统及其方法。
背景技术：
数字化技术已经得到迅速的 发展与推广，几乎所有信息领域(包括通信、传感、信息存储与显示等)都向数字化方向发展。通常，自然界的信号是以连续形式存在的(即模拟信号)，为便于信号的存储、处理和传输，须将模拟信号转换成数字信号，其核心器件是以二进制技术为基础的模数转换器(ADC, analog-to-digital convertor),它在光通信、雷达信号处理、图像处理、空间通信等领域都有广泛的应用。ADC的采样速率与有效位数(量化精度)是衡量ADC性能的关键技术指标。随着科学技术的发展，数字系统对ADC的性能提出了越来越高的要求，既高(精度)又快(采样)成为人们对ADC发展的期望。目前，实现ADC的方法主要有基于电子技术和光学技术两种。对于电子ADC，其技术已相当成熟，但由于其内部载流子迁移速率与导线尺度限制而存在物理极限，因而，进一步提高其采样速率的空间十分有限，使得电子ADC有其不可克服的发展瓶颈。相对电子ADC,基于光学技术的全光ADC在采样速率上具有很大优势，它还可以克服电光ADC在信号处理过程中的光-电和电-光转换的瓶颈，有望成为实现高速信号数字化的最具潜力的方法和途径。全光模数转换通常包括全光采样、全光量化和光学编码三个步骤在全光采样中，对模拟光信号进行高速采样，将模拟光信号变为峰值功率受模拟信号包络调制的脉冲信号；全光量化的功能是对采样后光脉冲信号的峰值功率(或强度)进行量化处理 ’最后再通过光学编码器实现数字光信号的输出。目前，全光采样和光学编码技术的发展日趋成熟，限制全光ADC应用的主要瓶颈是其量化精度太低，如何提高量化精度是当前面临的最大挑战之一。近年来，人们已经提出了一些利用光纤非线性效应来实现全光量化的方法，其中 Tsuyoshi Konishi 等人在文献 “Tsuyoshi Konishi et al. , All-opticalanalog-to-digital converter by use of self-frequency shifting in fiberand a pulse-shaping technique， Journal of the Optical Society of AmericaB，2002，19 (11)，pp. 2817-2823。”中提出了利用飞秒光脉冲的孤子自频移(SSFS，solitonself-frequency shift)效应实现全光量化的方法,其原理如图I所示,包括一段高非线性光纤2和一个色散元件4 ;高非线性光纤2的输入为光采样后的脉冲信号1，输出为频移后光脉冲信号3，将3通过4进行光脉冲信号的空间分离后得到量化信号5。所谓孤子自频移效应是指飞秒光孤子脉冲在非线性光纤中传输时，由于其具有较宽的初始谱宽，使得脉冲的蓝侧分量可作为泵浦，通过拉曼增益有效地放大脉冲自身的红侧分量，这种能量转移就表现为孤子频谱的红移，其频移量与脉冲峰值功率的平方成正比。首先利用高非线性光纤的孤子自频移效应，对全光采样后获得的强度受调制的光脉冲信号实现其峰值功率-波长的对应转换，不同的输出脉冲波长代表不同的光信号峰值功率，然后通过色散器件，如阵列波导光栅(AWG, arrayed waveguide grating)等,对不同波长的光脉冲信号进行空间分离，从而快速实现光学量化。基于光脉冲信号的SSFS效应来实现全光量化，其量化精度M决定于关系
权利要求
1.一种基于动态光谱压缩的全光量化系统，其特征在于，包括依次连接的用于将全光采样后的光信号(I)转变为频移后光脉冲信号(3)的高非线性光纤(2)，用于对光脉冲信号(3)的不同波长的光脉冲进行功率均衡并得到功率均衡后光脉冲信号(7)的动态功率均衡单元(6)，用于对功率均衡后光脉冲信号(7)进行光谱压缩得到谱压缩后光信号(9)的梳状光纤(8)和将具有不同波长的谱压缩后信号(9)进行空间分离后得到量化信号(5)的色散元件(4)。
2.根据权利要求I所述的一种基于动态光谱压缩的全光量化系统，其特征在于，上述动态功率均衡单元(6)由串联的掺铒光纤放大器(EDFA, Erbium-doped fiber amplifier)(10)与增益平坦滤波器(GFF, Gain Gattening filter) (12)组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于动态光谱压缩的全光量化系统，其特征在于，上述动态功率均衡单元(6)中，还可以在掺铒光纤放大器(10)和增益平坦滤波器(12)之间设置一光解复用器(11)，在增益平坦滤波器(12)的输出端设置一光复用器(13)，所述光解复用器(11)和光复用器(13)之间的增益平坦滤波器(12)可并联设置为多组。
4.根据权利要求I所述的一种基于动态光谱压缩的全光量化系统，其特征在于，上述梳状光纤(8)由多组呈周期性分布的高非线性光纤(14)和普通单模光纤(15)成对串联组成。
5.根据权利要求I所述的一种基于动态光谱压缩的全光量化系统，其特征在于，上述高非线性光纤2为负色散的高非线性光纤。
6.一种基于动态光谱压缩的全光量化方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤I :将全光采样后的光信号I输入至高非线性光纤2，利用孤子自频移效应实现采样后光脉冲信号的“峰值功率-中心波长”对应转换，得到频移后的光脉冲信号3 ； 步骤2 :将频移后的光脉冲信号3输入至动态功率均衡单元6对不同波长的光脉冲进行功率均衡得到功率均衡后光脉冲信号7 ； 步骤3 :将功率均衡后光脉冲信号7通过梳状光纤8进行光谱压缩，得到谱压缩后的光信号9 ； 步骤4 :将具有不同波长的谱压缩后信号9通过色散元件4进行空间分离得到量化信号5。
7.根据权利要求6所述的一种基于动态光谱压缩的全光量化方法,其特征在于,所述步骤2中对不同波长的光脉冲进行功率均衡的具体过程为使原来功率偏高的光脉冲得到较大的衰减，而原来功率偏低的光脉冲得到较小的衰减，经过滤波器后的不同波长的光信号功率就能达到较好的均衡性，即导致不同中心波长的光脉冲信号具有基本相同的峰值功率。
8.根据权利要求6所述的一种基于动态光谱压缩的全光量化方法,其特征在于,所述步骤3中利用梳状光纤8对功率均衡后的信号7进行光谱压缩处理的机制可表述为当孤子光脉冲在梳状光纤中传输时，其孤子阶数N可以表不为 (4) 对孤子阶数N=I的基孤子脉冲，当忽略光纤损耗时，基孤子能量PJtl沿传输距离保持不变，由于Yavyi β2」随传输距离 减小，脉冲时间宽度Ttl将逐渐增大以维持孤子传输状态，从而导致孤子脉冲的频谱宽度(光谱宽度)变窄。
全文摘要
本发明涉及一种基于动态光谱压缩的全光量化系统及其方法。包括依次连接的用于将全光采样后的光信号转变为频移后光脉冲信号的高非线性光纤，用于对光脉冲信号的不同波长的光脉冲进行功率均衡并得到功率均衡后光脉冲信号的动态功率均衡单元，用于对功率均衡后光脉冲信号进行光谱压缩得到谱压缩后的光信号的梳状光纤和利用空间分离作用将谱压缩后信号进行空间分离后得到量化信号的色散元件。本发明的有益效果是有效的克服了背景技术中三种脉冲光谱压缩方法的缺点，进一步提高全光量化精度并降低基于SSFS的全光量化系统的复杂性，填补全光ADC中动态功率控制部分的空白。
文档编号G02F1/365GK102722059SQ201210195800
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者刘永, 唐雄贵, 夏汉定, 廖进昆, 张尚剑, 李和平, 李胜男, 陆荣国 申请人:电子科技大学