专利名称：将电信号数字化的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将电信号数字化的方法和装置，所述电信号优选 为微波信号。更具体但是不排他地，本发明涉及一种将微波信号数字 化的方法，所述方法包括步骤提供具有不同波长的多个激光脉冲序 列，在各个脉冲序列之间引入时间延迟，将各个脉冲序列通过调制器， 在调制器中各个脉冲序列被光微波信号调制，将调制后的信号分为多 个波长相关的路径并在每个路径中将接收到的信号数字化。本发明还 涉及执行这种方法的装置。
背景技术：
将微波信号数字化的装置是已知的。这种装置或者使用时分多路复用(TDM)，或者使用波分多路复用(WDM)。 TDM系统提供一系列光 脉冲。这些光脉冲通过微波信号调制。高速RF驱动的光开关元件沿着 不同的光路发送接连的脉冲。在每个路径中模数转换器将接收到的脉 冲数字化。高速光元件制造困难、造价高昂，并且难以用电驱动。WDM系统提供一连串波长不同的脉冲。这些脉冲先通过微波信号 调制，然后由阵列式波导光栅分为不同的光路，然后被数字化。很难 从一个脉冲到下一个脉冲以不同的波长产生一连串脉冲。这种WDM系 统复杂且不易制造。发明内容因此，本发明的第一方面提供一种将电信号数字化的装置，包括(A) 至少两个连续波激光器，每个适于产生不同波长的光；(B) 色散光斩波器，适于将每个所述激光器的输出斩波为光脉冲 序列，在每个所述光脉冲序列之间引入预定延迟，并将所述脉冲序列合并为单一光路；(c)调制器，包括输入端口、输出端口以及在它们之间延伸的至少一个光路，所述输入端口适于接收所述色散光斩波器的输出，所述 调制器适于接收微波信号并响应所述微波信号调制所述光路中光信号的幅度；(D) 分光器，用于将从所述调制器的所述输出端口接收的所述信 号分为多个波长相关的信号路径；以及(E) 多个模数转换器，每个连接到至少一个波长相关的信号路径， 用于将接收到的光信号转换为数字信号。利用这种方法实现光子学模数转换器(ADC)就能够进行任意电子 信号的采样和数字化，优选相比于以纯粹的电子ADC获得的微波信号 显著更高的采样速度和微波信号带宽获得的微波信号。使用连续波激光器允许所述装置以相比于其它波分多路复用结构 更高的精确度采样信号。其它WDM系统要求短脉冲(锁模)激光器，短 脉冲激光器没有足够稳定的脉冲与脉冲间功率抖动来给出足够高的有 效比特数(ENOB)或无杂散动态范围(SFDR)。此外，根据本发明的装置允许利用简单的被动光子学部件实现的 复杂采样功能。根据本发明的装置可靠、重量轻，特别适用于高性能 的航空、航海电子战应用。其它应用包括高速单幅示波器和光谱分析 仪。优选地，所述色散光斩波器包括光合路器，所述光合路器包括多 个输入端口和一个输出端口 ，每个所述输入端口适于接收激光器的输 出，所述光合路器适于将所述多个输入端口接收的所述光信号合并于 所述输出端口。优选地，所述色散光斩波器包括至少一个光脉冲发生器，所述光脉冲发生器适于以接收一个或多个波长的连续的光信号，并以这些波 长将这些连续的光信号转换为一个或多个光脉冲序列。所述光脉冲发生器适于接收所述光合路器的输出。所述装置还包括色散光元件，所述色散光元件连接在所述光脉冲 发生器与所述光调制器的端口之间，用于在从所述光脉冲发生器接收 的光脉冲序列之间引入波长相关的延迟。所述装置可包括多个光脉冲发生器，每个光脉冲发生器连接在每 个所述激光器与所述光合路器的相应输入端口之间。所述装置可包括色散光元件，所述色散光元件连接在所述光合路 器的输出与所述调制器之间。或者，所述装置可包括多个延迟元件，每个延迟元件连接在每个 光脉冲发生器与所述光合路器的相应输入之间，每个延迟元件适于在 通过所述延迟元件的所述光信号中引入预定延迟。所述色散光元件可包括光纤，优选为光纤光缆。所述色散光元件可以是光纤布拉格光栅。所述色散光元件可以是中阶梯光栅。所述色散光元件可包括(i) 第二分光器，适于将接收到的光脉冲序列分为多个波长相关的 路径；(ii) 第二光合路器，适于在多个输入端口接收光信号，然后在输 出端口将光它们合并；以及(iii)多个延迟元件，每个延迟元件连接在所述第二分光器的输出 与所述第二光合路器的相应输入之间。所述延迟元件可包括光纤，优选为光纤光缆。至少一个分光器可为阵列式波导光栅。至少一个分光器可为薄膜滤波器。至少一个分光器可为平面波导中阶梯光栅。至少一个光合路器可为阵列式波导光栅。至少一个光合路器可为薄膜滤波器。至少一个光合路器可为平面波导中阶梯光栅。本发明的另一方面提供一种将电信号数字化的方法，包括步骤(A) 提供多个连续波激光器，每个激光器提供不同波长的连续光波；(B) 将所述连续光波转换为多个不同波长的光脉冲序列；(C) 在每个所述光脉冲序列之间引入时间延迟；(D) 使每个所述光脉冲序列通过光调制器，在所述光调制器中它 被接收到的微波信号调制光；(E) 将调制后的光脉冲序列分为多个波长相关的路径；以及(F) 将每个调制后的光脉冲序列转换为数字信号。所述多个激光器的输出在调制之前可合并为单一路径。 可由阵列式波导光栅进行所述合并。或者，可由薄膜滤波器进行所述合并。 可由中阶梯光栅进行所述合并。优选地，每个所述输出在合并之前转换为光脉冲序列。在合并之前，可在所述光脉冲序列之间引入所述预定时间延迟。可通过使所述光脉冲序列通过至少一个色散光元件，引入所述时 间延迟，所述色散光元件优选为光纤，更优选为光纤光缆。所述色散光元件可为中阶梯光栅或光纤布拉格光栅。每个所述多个激光器的输出在合并之后可被转换为光脉冲序列。在合并之后，可在所述光脉冲序列之间引入预定延迟。
下面仅通过实例描述本发明，并且没有任何限制性地参照附图， 附图中图l示出根据本发明的装置的第一实施例；图2示出根据本发明的装置的第二实施例；图3示出根据本发明的装置的第三实施例；图4示出根据本发明的装置的第四实施例；图5示出根据本发明的装置的第五实施例；图6示出根据本发明的装置的第六实施例；图7示出薄膜滤波器复用器/解复用器；以及图8示出平面波导中阶梯光栅复用器/解复用器。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于将微波信号数字化的装置。装置1包 括多个连续波(CW)激光器2，每个激光器具有与其它激光器不同的波 长。每个连续波激光器2的输出被色散光斩波器3接收。色散光斩波器3包括阵列式波导光栅(AWG)4、脉冲发生器5和色散光元件6，其 中每一个的功能如下所述。AWG 4包括多个输入端口 7，每个输入端 口适于接收相应CW激光器2的输出。AWG4将多个输入端口 7接收 的信号合并在单一输出端口 8。连接AWG4的输出端口 8的是脉冲发生器5。脉冲发生器5以多 种波长接收AWG4的连续波输出，以相同波长将它们转换为光脉冲序 列。光脉冲序列可以是几个波长的长度。典型地，脉冲短于lns，但长 于lfs。本实施例的脉冲发生器是稳定的低抖动电折射(electro-refractive)脉冲发生器。从脉冲发生器5的输出延伸出来的是色散光元件6，色散光元件6 包括光纤光缆6。色散光纤光缆6中通过光缆的光速随光的波长而变化。 当光脉冲序列离开光纤光缆6时，色散光纤光缆6在不同波长的光脉 冲序列之间引入非常准确的已知时间间隔。色散的光脉冲序列被调制器9接收。当光脉冲序列通过调制器9 时，它们被接收的模拟微波信号IO调制。调制器9输出的信号的幅度 取决于微波信号的幅度。这种调制器9的操作广为人知，不再描述。调制器9的输出被分光器11接收，分光器11包括AWG 11。AWG 11将调制器的输出分为多个波长相关的光路12。每个光路12接收来 自其中一个CW激光器2的光脉冲序列。多个光检测器13连接AWG分光器11的每个输出12。滤波器(未 示出)连接光检测器13的输出，以加宽接收到的光脉冲，由电子模数转换器(ADC)(未示出)依次读取接收到的光脉冲。根据本发明的装置的优点是，能够以极短的时间间隔对微波信号采样，即当光脉冲序列离开光纤6时不同波长的光脉冲序列之间的时 间。但是模数转换器只需要以脉冲发生器5产生光脉冲序列的速度将 接收到的信号数字化。图2示出根据本发明的装置的第二实施例。除了用更复杂的色散 光元件14代替色散光纤光缆6之外，图2的装置与图1的装置相似。 图2的色散光元件14包括第二 AWG分光器15，第二 AWG分光器15 将从脉冲发生器5接收的光脉冲序列分为多个波长相关的路径。色散 光元件还包括AWG光合路器16， AWG光合路器16将多个输入端口 的光脉冲序列合并为单一的输出端口 17。输出端口 17连接到调制器9 的输入。在第二分光器15的每个输出与AWG光合路器16的相应输入 之间延伸的是延迟元件18，本实施例中的延迟元件18包括光纤18。 每个光纤18向通过它的光脉冲序列引入不同的延迟。因此，当光脉冲 序列合并时在它们每个之间有一受控时间延迟。图2的实施例的优点是，根据其波长，每个光脉冲序列经过不同 的色散光纤18。因此，当光脉冲序列被调制器9接收时，对于光脉冲 序列之间的时间延迟有更大的控制度。通过改变这些光纤18其中一个 的长度，就可以改变一个特定波长的光脉冲序列的延迟，但不影响其 它光脉冲序列的延迟。图3示出根据本发明的装置的第三实施例。除了用多个脉冲发生 器19代替单一脉冲发生器5之外，本实施例与图1的装置相似，每个 脉冲发生器19连接在CW激光器2与AWG光合路器4的相应输入端 口之间。除了每个脉冲发生器5在AWG光合路器4之前产生光脉冲序 列之外，本装置的操作方法与图1的装置的操作方法相似。然后，在 光脉冲序列被传给色散光纤光缆6之前，合路器4将这些光脉冲序列合并。本实施例的优点是，能够以不同的时钟速度驱动不同的脉冲发生 器19，以在经过采样的模拟微波信号中恢复原始频率。图4示出根据本发明的装置的第四实施例。除了用合路器14之前 的多个延迟元件20代替AWG合路器4之后的单一色散光元件6之外， 本装置与图3的装置相似。本实施例中延迟元件20为光纤20。每个光 纤20连接在脉冲发生器19与AWG光合路器4的相应输入端口之间。 使用时每个脉冲发生器19产生具有相应的CW激光器2的波长的光脉 冲序列。然后每个光脉冲序列通过相应的光纤20，光纤20在光脉冲序 列之间引入延迟。然后，在被传给光调制器9之前，这些光脉冲序列 被AWG光合路器4合并。此外，如果需要，每个脉冲发生器19能够 时钟设置为不同的时钟频率。此外，通过调节光脉冲序列通过的光纤 20的长度，可单独调节每个光脉冲序列经历的延迟，但不影响其它光 脉冲序列。图2和图4的实施例还具有以下优点。仅一种波长的光脉冲序列 通过每个光纤18、 20。因此能够选择每个光纤18、 20，使得对于通过 它的光脉冲序列的波长，每个光纤18、 20具有理想的特性。如果需要， 每个光纤18、 20可以是不同的组成。在本发明的另一实施例(未示出)中，至少其中一个ADC连接多个 光检测器，光检测器每个连接最终分光器的输出。这样增加了ADC必 须将接收到的光信号数字化的速度，但是减少了需要的ADC的数量。图5示出根据本发明的装置的第五实施例。除了色散光元件包括 光纤布拉格光栅20之外，本实施例与图1的装置相似。这种光栅20 的操作广为人知，不再描述。图6示出根据本发明的装置的第六实施例。除了色散光元件是中 阶梯光栅21之外，本装置与图l的装置相似。图1至图6的装置都包括阵列式波导光栅作为分光器和合路器。其它的光装置也可以。图7和图8中示出薄膜滤波器复用器/解复用器和平面波导中阶梯光栅复用器/解复用器。这些装置的操作广为人知。 也可以用棱镜作为分光器或合路器。
权利要求
1.一种将电信号数字化的装置，包括(A)至少两个连续波激光器，每个适于产生不同波长的光；(B)色散光斩波器，适于将每个所述激光器的输出斩波为脉冲序列，在每个所述脉冲序列之间引入预定延迟，并将所述脉冲序列合并到单一光路中；(C)调制器，包括输入端口、输出端口以及在它们之间延伸的至少一个光路，所述输入端口适于接收所述色散光斩波器的输出，所述调制器适于接收微波信号并响应于所述微波信号调制所述光路中光信号的幅度；(D)分光器，用于将从所述调制器的所述输出端口接收的所述信号分为多个波长相关的信号路径；以及(E)多个模数转换器，每个连接至少一个波长相关的信号路径，用于将接收到的光信号转换为数字信号。
2. 如权利要求l所述的装置，其中，所述色散光斩波器包括光合 路器，所述光合路器包括多个输入端口和一个输出端口，每个所述输 入端口适于接收激光器的输出，所述光合路器适于将在所述多个输入 端口接收的所述光信号合并于所述输出端口。
3. 如权利要求2所述的装置，其中，所述色散光斩波器包括至少 一个脉冲发生器，所述脉冲发生器适于接收一个或多个波长的连续的 光信号，并以这些波长将这些连续的光信号转换为一个或多个光脉冲 序列。
4. 如权利要求3所述的装置，其中，所述光脉冲发生器适于接收 所述光合路器的输出。
5. 如权利要求4所述的装置，还包括色散光元件，所述色散光元件连接在所述光脉冲发生器与所述光调制器的端口之间，用于在从所 述光脉冲发生器接收的光脉冲序列之间引入波长相关的延迟。
6. 如权利要求3所述的装置，包括多个光脉冲发生器，每个光脉 冲发生器连接在每个所述激光器与所述光合路器的相应输入端口之 间。
7. 如权利要求6所述的装置，包括色散光元件，所述色散光元件 连接在所述光合路器的输出与所述调制器之间。
8. 如权利要求6所述的装置，包括多个延迟元件，每个延迟元件 连接在每个光脉冲发生器与所述光合路器的相应输入之间，每个延迟 元件适于在通过所述延迟元件的所述光信号中引入预定延迟。
9. 如权利要求5或7所述的装置，其中，所述色散光元件包括光 纤，优选为光纤光缆。
10. 如权利要求5或7所述的装置，其中，所述色散光元件为光 纤布拉格光栅。
11. 如权利要求5或7所述的装置，其中，所述色散光元件为中 阶梯光栅。
12. 如权利要求5或7所述的装置，其中，所述色散光元件包括(i) 第二分光器，适于将接收到的光脉冲序列分为多个波长相关的 路径；(ii) 第二光合路器，适于在多个输入端口接收光信号，然后在输 出端口将它们合并；以及(m)多个延迟元件，每个延迟元件连接在所述第二分光器的输出 与所述第二光合路器的相应输入之间。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述延迟元件包括光纤， 优选为光纤光缆。
14. 如权利要求1至13中任 光器为阵列式波导光栅。
15. 如权利要求1至13中任 光器为薄膜滤波器。
16.如权利要求1至13中任一项所述的装置， 光器为平面波导中阶梯光栅。
17.如权利要求2至16中任 合路器为阵列式波导光栅。
18.如权利要求2至16中任一项所述的装置， 合路器为薄膜滤波器。
19.如权利要求2至16中任 合路器为平面波导中阶梯光栅。项所述的装置，其中，至少一个分项所述的装置，其中，至少一个分其中，至少一个分项所述的装置，其中，至少一个光 其中，至少一个光项所述的装置，其中，至少一个光
20. —种将电信号数字化的方法，包括步骤(A) 提供多个连续波激光器，每个提供不同波长的连续光波；(B) 将所述连续光波转换为不同波长的多个光脉冲序列；(C) 在每个所述光脉冲序列之间引入时间延迟；(D) 使每个所述光脉冲序列通过光调制器，在所述光调制器中所 述光脉冲序列被接收到的微波信号所调制；(E) 将调制后的光脉冲序列分为多个波长相关的路径；以及(F) 将每个调制后的光脉冲序列转换为数字信号。
21. 如权利要求20所述的方法，其中，所述多个激光器的输出在 被调制之前合并至单一路径。
22. 如权利要求21所述的方法，其中，由阵列式波导光栅进行所 述合并。
23. 如权利要求21所述的方法，其中，由薄膜滤波器进行所述合并。
24. 如权利要求21所述的方法，其中，由中阶梯光栅进行所述合 并。
25. 如权利要求21所述的方法，其中，每个所述输出在合并之前 被转换为光序列。
26. 如权利要求25所述的方法，其中，在合并之前，在所述光序 列之间引入所述预定时间延迟。
27. 如权利要求26所述的方法，其中，通过使所述光序列通过至 少一个色散光元件，来引入所述时间延迟，所述色散光元件优选为光 纤，更优选为光纤光缆。
28. 如权利要求27所述的方法，其中，所述色散光元件为中阶梯 光栅或光纤布拉格光栅。
29. 如权利要求21所述的方法，其中，每个所述多个激光器的输 出在合并之后被转换为光脉冲序列。
30. 如权利要求29所述的方法，其中，在合并之后，在所述光脉冲序列之间引入预定延迟。
31. —种基本上如上所述的装置。
32. —种基本上如上参照附图所述的装置。
33. —种基本上如上所述的方法。
34. —种基本上如上参照附图所述的方法。
全文摘要
一种将电信号数字化的装置，包括(A)至少两个连续波激光器，每个适于产生不同波长的光；(B)色散光斩波器，适于将每个所述激光器的输出斩波为光脉冲序列，在每个所述光脉冲序列之间引入预定延迟，并将所述光脉冲序列合并为单一光路；(C)调制器，包括输入端口、输出端口以及在它们之间延伸的至少一个光路，所述输入端口适于接收所述色散光斩波器的输出，所述调制器适于接收微波信号并响应所述微波信号调制所述光路中光信号的幅度；(D)分光器，用于将从所述调制器的所述输出端口接收的所述信号分为多个波长相关的信号路径；以及(E)多个模数转换器，每个连接至少一个波长相关的信号路径，用于将接收到的光信号转换为数字信号。
文档编号H04B10/2519GK101331699SQ200680045207
公开日2008年12月24日 申请日期2006年11月28日 优先权日2005年12月1日
发明者约翰·希顿 申请人:菲尔特罗尼克公开有限公司