專利名稱：光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波形發(fā)生系統(tǒng)，特別是涉及數(shù)字信號(hào)到模擬光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器是電子和光電信號(hào)處理和數(shù)據(jù)傳輸中的關(guān)鍵部件。在許多光學(xué)傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成模擬形式以用于處理和/或傳輸。實(shí)際上，利用光學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換器有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，高速時(shí)鐘和信號(hào)抽樣、寬帶、輕重量的組件等。另外，高速任意的模擬波形發(fā)生器可以利用甚高速D/A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。
一種這樣的光學(xué)D/A轉(zhuǎn)換器在2003年1月第15卷第1期的IEEE光電技術(shù)論文第117-119頁作者為A.Yacoubian等人的“利用電光調(diào)制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換”的文章中描述。但是，所公開的實(shí)施例僅局限于所謂的2比特光電D/A轉(zhuǎn)換器。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有已知光學(xué)調(diào)制方案的這些和其它問題和局限在申請人的發(fā)明中得以克服，即利用連續(xù)波或脈沖的激光信號(hào)，所述信號(hào)被分成多個(gè)互相干的光束。多個(gè)光束的每一個(gè)都被數(shù)據(jù)序列的比特(控制信號(hào))進(jìn)行相移調(diào)制，以生成相應(yīng)的多個(gè)相移調(diào)制的互相干的光信號(hào)。調(diào)制后的光信號(hào)被重新組合以形成想要的數(shù)模轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)用于想要的用途。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，相位調(diào)制這樣來實(shí)現(xiàn)，即將包含連續(xù)波激光信號(hào)的光信號(hào)分成多個(gè)類似的互相關(guān)的光信號(hào)，用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比特(控制信號(hào))來相移調(diào)制每個(gè)類似連續(xù)波激光信號(hào)的連續(xù)波相干光信號(hào)。然后，多個(gè)相移調(diào)制的連續(xù)波光信號(hào)被組合以生成得到的轉(zhuǎn)換后的數(shù)模信號(hào)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在提供序列的數(shù)據(jù)比特以調(diào)制所提供的連續(xù)波激光信號(hào)的多個(gè)互相關(guān)光信號(hào)之前，經(jīng)一處理器來預(yù)處理所提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供脈沖激光信號(hào)作為光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。脈沖激光信號(hào)被分成多個(gè)互相干的光束，這些光束由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)序列來進(jìn)行相移調(diào)制，以便在重新組合相移調(diào)制的光束以后生成基本沒有抖動(dòng)的模擬光信號(hào)?？刂泼}沖激光信號(hào)以便具有與存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)序列相同的重復(fù)頻率。通過正確地校準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列與脈沖激光信號(hào)的脈沖，消除了定時(shí)抖動(dòng)的影響。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明，不是在單級(jí)數(shù)模轉(zhuǎn)換器中堆積更多的相移調(diào)制器，而是具有更少相移調(diào)制器的多級(jí)數(shù)模轉(zhuǎn)換器級(jí)聯(lián)，以形成整個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)離散輸出電平的理想分布。


圖1表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡化方框圖；圖2也表示本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的簡化方框圖；圖3說明本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的簡化方框圖；和圖4表示本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例細(xì)節(jié)的簡化方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡化方框圖。具體來說，示出了一個(gè)光源101，通常包括連續(xù)波或脈沖激光，以便生成理想波長的光信號(hào)。要被處理的示范性光信號(hào)具有大約2.3×1014赫茲到大約1.8×1014赫茲的光頻，即大約1.3微米到大約1.7微米的波長。在一個(gè)例子中，波長大約為1.55微米，即頻率為1.93×1014赫茲的連續(xù)波光信號(hào)由光源101生成并經(jīng)102提供給光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器100。在光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器100中，連續(xù)波光信號(hào)經(jīng)光路徑103提供給分解器104，分解器104生成N個(gè)互相干的光束105-1到105-N?；ハ喔傻墓馐鴶?shù)目N至少是二(2)，但通常采用四(4)到八(8)個(gè)光束。下面將討論本申請中N個(gè)光束互相干的重要性。在這個(gè)例子中，分解器104是多模干擾(MMI)耦合器。N個(gè)互相干的光束一一對應(yīng)地分別提供給相應(yīng)多個(gè)光學(xué)移相器106-1到106-N。還經(jīng)112-1到112-N提供給移相器106-1到106-N的是數(shù)據(jù)序列的比特，即控制信號(hào)，以使移相器106-1到106-N的相移能夠執(zhí)行想要的數(shù)模轉(zhuǎn)換。因此，在這個(gè)例子中，數(shù)模轉(zhuǎn)換通過使用電光相移調(diào)制方案來實(shí)現(xiàn)，或者通過直接相移調(diào)制來自激光源101的連續(xù)波光束或利用Mach Zehnder相移調(diào)制器的外部相移調(diào)制。調(diào)制信號(hào)的頻率在微波/毫米波范圍。從移相器106-1到106-N的相移調(diào)制輸出經(jīng)光路徑107-1到107-N分別提供給光學(xué)組合器108，在此它們被重新組合以形成想要的模擬光信號(hào)。在這個(gè)例子中，組合器108是多模式干擾(MMI)耦合器。此模擬光信號(hào)經(jīng)光路徑109和110提供給線性光電二極管111，該光電二極管111產(chǎn)生用于想要用途的電信號(hào)。
由光電二極管111所檢測的重新組合后的相移調(diào)制光信號(hào)具有通過光電二極管111的如下計(jì)算的電流iPDiPD=RPm|Σiexp(jπViVπ)|2]]>其中R是光電二極管111的響應(yīng)率，Pm是施加的光功率，Vi是第i個(gè)相移調(diào)制器的控制電壓，Vπ是用于相移調(diào)制器的開關(guān)電壓。如果現(xiàn)在這樣來配置控制電壓，以使每個(gè)控制電壓具有兩個(gè)不同的電平，即Vi，low和Vi，hi，則實(shí)現(xiàn)2i個(gè)輸出電流iPD值。如果兩個(gè)不同的控制電壓電平Vi，low和Vi，hi以“高”速率相互轉(zhuǎn)換，則在光電二極管111的輸出形成任意的波形。所謂的“高”速率通常為10-40Gbits/s，但可以高達(dá)160Gbits/s。
每個(gè)分支的相移調(diào)制器106可以例如在具有線性電光效應(yīng)的材料系統(tǒng)中制造，如InP、GaAs或LiNbO3。光波導(dǎo)的有效折射率的變化與此波導(dǎo)垂直的電場成正比。高頻分布的電波導(dǎo)在工程上設(shè)計(jì)成與光波以匹配的傳播速率來共同傳播，從而傳送具有高調(diào)制帶寬的本地電場。不同的分支將以不同的時(shí)長來延遲光信號(hào)。這在移相器106的輸出得到不同的相位。在組合器108中，這些在結(jié)構(gòu)上互相干擾的不同輸出相位的信號(hào)由于這些信號(hào)經(jīng)歷的不同延時(shí)而具有不同的延時(shí)的光信號(hào)相位。在MMI耦合器，即組合器108之后得到的光信號(hào)是在結(jié)構(gòu)上互相干擾的所有相移光信號(hào)的總和。
圖2也表示本發(fā)明第二實(shí)施例的簡化方框圖。圖2的實(shí)施例類似于圖1，包括從物理和功能的觀點(diǎn)來看實(shí)質(zhì)上相同的類似元件。這些類似的元件具有與圖1相似的附圖標(biāo)記，這里不再詳細(xì)描述了。圖1和圖2實(shí)施例的唯一顯著的區(qū)別在于處理器201的使用。可以看出一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)輸入連接202提供給處理器201。在處理器201中，數(shù)據(jù)信號(hào)用于編碼和生成控制電壓信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)相移調(diào)制器106-1到106-N。這些控制電壓信號(hào)經(jīng)輸出連接112-1到107-N分別提供給移相器106-1到106-N。
圖3說明本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的簡化方框圖。圖3的實(shí)施例也類似于包括從物理和功能的觀點(diǎn)來看實(shí)質(zhì)上相同的類似元件。這些類似的元件具有與圖1相似的附圖標(biāo)記，這里不再詳細(xì)描述了。圖1和圖3實(shí)施例的唯一顯著的區(qū)別在于脈沖激光信號(hào)作為脈沖激光器301的輸入提供給光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換器100，并且控制脈沖激光信號(hào)102以便具有與存儲(chǔ)器單元302的數(shù)據(jù)序列相同的重復(fù)頻率。脈沖激光信號(hào)經(jīng)分解器104被分成多個(gè)互相干的光束105-1到105-N，并經(jīng)移相器106-1到106-N通過存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)序列相移調(diào)制，以便在重新組合相移調(diào)制后的光束以后生成基本上沒有抖動(dòng)的模擬光信號(hào)。經(jīng)時(shí)鐘303控制脈沖激光信號(hào)102以便具有與存儲(chǔ)器單元302的數(shù)據(jù)序列相同的重復(fù)頻率。通過適當(dāng)?shù)男?zhǔn)數(shù)據(jù)序列與脈沖激光信號(hào)的脈沖，消除了定時(shí)抖動(dòng)的影響。
圖4說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器100細(xì)節(jié)的簡化方框圖。在這個(gè)實(shí)施例中級(jí)聯(lián)多級(jí)數(shù)模轉(zhuǎn)換器100-1到100-J，以便實(shí)現(xiàn)想要數(shù)目的相移調(diào)制的光束，以得到整個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換。每一級(jí)至少需要兩個(gè)(2)分支，總級(jí)數(shù)是二(2)到四(4)，即四(4)到八(8)個(gè)分支的光束要被數(shù)據(jù)序列的比特，即控制電壓信號(hào)進(jìn)行相移調(diào)制。此模擬光信號(hào)經(jīng)光路徑109和110提供給線性光電二極管111，該光電二極管111生成用于想要用途的電信號(hào)。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于是實(shí)現(xiàn)離散輸出電平的理想分布。
由光電二極管111所檢測的重新組合后的相移調(diào)制光信號(hào)具有通過光電二極管111的如下計(jì)算的電流iPDiPD=RPmΠj|Σiexp(jπVi,jVπ)|2]]>其中j是第j級(jí)的運(yùn)轉(zhuǎn)指數(shù)。
上述的實(shí)施例當(dāng)然只是說明本發(fā)明的原理。實(shí)際上，多種其它的方法或裝置可由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到，而沒有超出本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字信號(hào)光學(xué)地轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方法，包括步驟接收預(yù)定的光信號(hào)；將接收到的光信號(hào)分成多個(gè)互相干的光束；以一一對應(yīng)的方式將所述多個(gè)光束提供給相應(yīng)的多個(gè)光學(xué)移相器；將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列的比特提供給所述多個(gè)光學(xué)移相器，用于控制提供給所述多個(gè)移相器的各個(gè)移相器的光束的移相；將所述移相后的光束提供給組合器，用于重新組合互相干的相移光束；和所述組合后的互相干移相光束表示已經(jīng)過光學(xué)轉(zhuǎn)換的數(shù)模光信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括生成連續(xù)波激光信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括生成脈沖激光信號(hào)，并控制所述脈沖激光信號(hào)，以便具有與存儲(chǔ)器單元所提供的比特相同的重復(fù)速率，從而控制每個(gè)所述光學(xué)移相器的相移。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，還包括光電二極管，用于檢測表示所述光學(xué)轉(zhuǎn)換后的數(shù)模光信號(hào)的所述重新組合的光信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中響應(yīng)于所述重新組合的互相干光信號(hào)，所述光電二極管具有如下的電流iPDiPD=RPm|Σiexp(jπViVπ)|2]]>其中iPD是光電二極管電流，R是光電二極管的響應(yīng)率，Pm是施加的光功率，Vi是響應(yīng)于所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列的所述比特施加的用于第i個(gè)光學(xué)相移調(diào)制器的控制電壓，Vπ是用于光學(xué)相移調(diào)制器的開關(guān)電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括配置每個(gè)所述控制電壓Vi，因此每個(gè)電壓具有兩個(gè)電壓值，Vi，low和Vi，hi，由此生成2i個(gè)輸出電流iPD值。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括級(jí)聯(lián)多個(gè)所述轉(zhuǎn)換模塊，每個(gè)轉(zhuǎn)換模塊包括預(yù)定多個(gè)光學(xué)移相器，用于生成所述轉(zhuǎn)換后的數(shù)模光信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中響應(yīng)于所述重新組合的互相干光信號(hào)，所述光電二極管具有如下的電流iPDiPD=RPmΠj|Σiexp(jπVi,jVπ)|2]]>其中j是第j級(jí)的運(yùn)轉(zhuǎn)指數(shù)，iPD是光電二極管電流，R是光電二極管的響應(yīng)率，Pm是施加的光功率，Vi，j是響應(yīng)于所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列的所述比特施加的用于第j級(jí)第i個(gè)光學(xué)相移調(diào)制器的控制電壓，Vπ是用于光學(xué)相移調(diào)制器的開關(guān)電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括配置每個(gè)所述控制電壓Vij，因此每個(gè)電壓具有兩個(gè)電壓值，Vij，low和Vij，hi，由此生成2ij個(gè)輸出電流iPD值。
10.如權(quán)利要求6或9所述的方法，還包括以預(yù)定速率轉(zhuǎn)換所述控制電壓值，以便在所述光電二極管的輸出生成任意的波形。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過利用連續(xù)波或脈沖激光信號(hào)來實(shí)現(xiàn)光學(xué)數(shù)模轉(zhuǎn)換。該激光信號(hào)分成多個(gè)互相干光束，這些光束由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列的比特進(jìn)行相移調(diào)制，以便轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。這些相移調(diào)制的光束被重新組合，以便實(shí)現(xiàn)想要的數(shù)模轉(zhuǎn)換的光信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/142GK1652008SQ20041008322
公開日2005年8月10日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者陳陽闿, 安德瑞斯·萊文, 涂坤裕 申請人:朗迅科技公司