專利名稱：一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及全光信號(hào)處理技術(shù)，具體指一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)得到迅速的 發(fā)展與推廣，幾乎所有信息領(lǐng)域(包括通信、傳感、信息存儲(chǔ)與顯示等)都向數(shù)字化方向發(fā)展。通常，自然界的信號(hào)是以連續(xù)形式存在的(即模擬信號(hào))，為便于信號(hào)的存儲(chǔ)、處理和傳輸，須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其核心器件是以二進(jìn)制技術(shù)為基礎(chǔ)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC, analog-to-digital convertor),它在光通信、雷達(dá)信號(hào)處理、圖像處理、空間通信等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。ADC的采樣速率與有效位數(shù)(量化精度)是衡量ADC性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)對(duì)ADC的性能提出了越來越高的要求，既高(精度)又快(采樣)成為人們對(duì)ADC發(fā)展的期望。目前，實(shí)現(xiàn)ADC的方法主要有基于電子技術(shù)和光學(xué)技術(shù)兩種。對(duì)于電子ADC，其技術(shù)已相當(dāng)成熟，但由于其內(nèi)部載流子遷移速率與導(dǎo)線尺度限制而存在物理極限，因而，進(jìn)一步提高其采樣速率的空間十分有限，使得電子ADC有其不可克服的發(fā)展瓶頸。相對(duì)電子ADC,基于光學(xué)技術(shù)的全光ADC在采樣速率上具有很大優(yōu)勢(shì)，它還可以克服電光ADC在信號(hào)處理過程中的光-電和電-光轉(zhuǎn)換的瓶頸，有望成為實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)數(shù)字化的最具潛力的方法和途徑。全光模數(shù)轉(zhuǎn)換通常包括全光采樣、全光量化和光學(xué)編碼三個(gè)步驟在全光采樣中，對(duì)模擬光信號(hào)進(jìn)行高速采樣，將模擬光信號(hào)變?yōu)榉逯倒β适苣M信號(hào)包絡(luò)調(diào)制的脈沖信號(hào)；全光量化的功能是對(duì)采樣后光脈沖信號(hào)的峰值功率(或強(qiáng)度)進(jìn)行量化處理 ’最后再通過光學(xué)編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字光信號(hào)的輸出。目前，全光采樣和光學(xué)編碼技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，限制全光ADC應(yīng)用的主要瓶頸是其量化精度太低，如何提高量化精度是當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)之一。近年來，人們已經(jīng)提出了一些利用光纖非線性效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)全光量化的方法，其中 Tsuyoshi Konishi 等人在文獻(xiàn) “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?！敝刑岢隽死蔑w秒光脈沖的孤子自頻移(SSFS，solitonself-frequency shift)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)全光量化的方法,其原理如圖I所示,包括一段高非線性光纖2和一個(gè)色散元件4 ;高非線性光纖2的輸入為光采樣后的脈沖信號(hào)1，輸出為頻移后光脈沖信號(hào)3，將3通過4進(jìn)行光脈沖信號(hào)的空間分離后得到量化信號(hào)5。所謂孤子自頻移效應(yīng)是指飛秒光孤子脈沖在非線性光纖中傳輸時(shí)，由于其具有較寬的初始譜寬，使得脈沖的藍(lán)側(cè)分量可作為泵浦，通過拉曼增益有效地放大脈沖自身的紅側(cè)分量，這種能量轉(zhuǎn)移就表現(xiàn)為孤子頻譜的紅移，其頻移量與脈沖峰值功率的平方成正比。首先利用高非線性光纖的孤子自頻移效應(yīng)，對(duì)全光采樣后獲得的強(qiáng)度受調(diào)制的光脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)其峰值功率-波長的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，不同的輸出脈沖波長代表不同的光信號(hào)峰值功率，然后通過色散器件，如陣列波導(dǎo)光柵(AWG, arrayed waveguide grating)等,對(duì)不同波長的光脈沖信號(hào)進(jìn)行空間分離，從而快速實(shí)現(xiàn)光學(xué)量化?；诠饷}沖信號(hào)的SSFS效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)全光量化，其量化精度M決定于關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的用于將全光采樣后的光信號(hào)(I)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l移后光脈沖信號(hào)(3)的高非線性光纖(2)，用于對(duì)光脈沖信號(hào)(3)的不同波長的光脈沖進(jìn)行功率均衡并得到功率均衡后光脈沖信號(hào)(7)的動(dòng)態(tài)功率均衡單元(6)，用于對(duì)功率均衡后光脈沖信號(hào)(7)進(jìn)行光譜壓縮得到譜壓縮后光信號(hào)(9)的梳狀光纖(8)和將具有不同波長的譜壓縮后信號(hào)(9)進(jìn)行空間分離后得到量化信號(hào)(5)的色散元件(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)，其特征在于，上述動(dòng)態(tài)功率均衡單元(6)由串聯(lián)的摻鉺光纖放大器(EDFA, Erbium-doped fiber amplifier)(10)與增益平坦濾波器(GFF, Gain Gattening filter) (12)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)，其特征在于，上述動(dòng)態(tài)功率均衡單元(6)中，還可以在摻鉺光纖放大器(10)和增益平坦濾波器(12)之間設(shè)置一光解復(fù)用器(11)，在增益平坦濾波器(12)的輸出端設(shè)置一光復(fù)用器(13)，所述光解復(fù)用器(11)和光復(fù)用器(13)之間的增益平坦濾波器(12)可并聯(lián)設(shè)置為多組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)，其特征在于，上述梳狀光纖(8)由多組呈周期性分布的高非線性光纖(14)和普通單模光纖(15)成對(duì)串聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)，其特征在于，上述高非線性光纖2為負(fù)色散的高非線性光纖。
6.一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I :將全光采樣后的光信號(hào)I輸入至高非線性光纖2，利用孤子自頻移效應(yīng)實(shí)現(xiàn)采樣后光脈沖信號(hào)的“峰值功率-中心波長”對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，得到頻移后的光脈沖信號(hào)3 ； 步驟2 :將頻移后的光脈沖信號(hào)3輸入至動(dòng)態(tài)功率均衡單元6對(duì)不同波長的光脈沖進(jìn)行功率均衡得到功率均衡后光脈沖信號(hào)7 ； 步驟3 :將功率均衡后光脈沖信號(hào)7通過梳狀光纖8進(jìn)行光譜壓縮，得到譜壓縮后的光信號(hào)9 ； 步驟4 :將具有不同波長的譜壓縮后信號(hào)9通過色散元件4進(jìn)行空間分離得到量化信號(hào)5。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化方法,其特征在于,所述步驟2中對(duì)不同波長的光脈沖進(jìn)行功率均衡的具體過程為使原來功率偏高的光脈沖得到較大的衰減，而原來功率偏低的光脈沖得到較小的衰減，經(jīng)過濾波器后的不同波長的光信號(hào)功率就能達(dá)到較好的均衡性，即導(dǎo)致不同中心波長的光脈沖信號(hào)具有基本相同的峰值功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化方法,其特征在于,所述步驟3中利用梳狀光纖8對(duì)功率均衡后的信號(hào)7進(jìn)行光譜壓縮處理的機(jī)制可表述為當(dāng)孤子光脈沖在梳狀光纖中傳輸時(shí)，其孤子階數(shù)N可以表不為 (4) 對(duì)孤子階數(shù)N=I的基孤子脈沖，當(dāng)忽略光纖損耗時(shí)，基孤子能量PJtl沿傳輸距離保持不變，由于Yavyi β2」隨傳輸距離 減小，脈沖時(shí)間寬度Ttl將逐漸增大以維持孤子傳輸狀態(tài)，從而導(dǎo)致孤子脈沖的頻譜寬度(光譜寬度)變窄。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)光譜壓縮的全光量化系統(tǒng)及其方法。包括依次連接的用于將全光采樣后的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l移后光脈沖信號(hào)的高非線性光纖，用于對(duì)光脈沖信號(hào)的不同波長的光脈沖進(jìn)行功率均衡并得到功率均衡后光脈沖信號(hào)的動(dòng)態(tài)功率均衡單元，用于對(duì)功率均衡后光脈沖信號(hào)進(jìn)行光譜壓縮得到譜壓縮后的光信號(hào)的梳狀光纖和利用空間分離作用將譜壓縮后信號(hào)進(jìn)行空間分離后得到量化信號(hào)的色散元件。本發(fā)明的有益效果是有效的克服了背景技術(shù)中三種脈沖光譜壓縮方法的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高全光量化精度并降低基于SSFS的全光量化系統(tǒng)的復(fù)雜性，填補(bǔ)全光ADC中動(dòng)態(tài)功率控制部分的空白。
文檔編號(hào)G02F1/365GK102722059SQ201210195800
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者劉永, 唐雄貴, 夏漢定, 廖進(jìn)昆, 張尚劍, 李和平, 李勝男, 陸榮國 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)