全光模数转换若干关键技术研究

论文摘要

模数转换器（ADC）是连接模拟与数字世界的桥梁。随着数字信号处理技术的快速发展,电子ADC越来越不能满足各种超宽带应用的需求。全光模数转换利用光子技术实现对模拟电信号的采样及量化,可以在实现超高采样率的同时,得到高量化精度,是突破电子ADC瓶颈的有效手段。本论文对全光模数转换中的移相光量化、采样光脉冲序列的产生及光谱量化编码等若干关键技术进行了研究。移相光量化只需要一个电光调制器就可以完成全光量化编码,是实现全光模数转换的有效手段。论文提出了三种新的移相光量化的方案,分别是利用光纤挤压器、利用相位调制器及非对称M-Z（Mach-Zehnder）调制器中色散效应的移相光量化。并对前两种方案进行了实验验证,测量了16信道移相光量化的直流传输特性,分别对2.5GHz的正弦信号实现了4.42和4.3比特的量化精度。论文研究了采样光脉冲序列的时间抖动、幅度抖动以及脉冲宽度对全光模数转换性能的影响。实验得到了宽度为11ps的锁模光脉冲输出,利用其可以实现时分复用40GS/s的采样率。利用波分/时分复用相结合的方式产生了重复频率为40GHz的采样光脉冲序列。还得到了可以实现100GS/s采样率,宽度为5.1ps的超短光脉冲输出。论文利用时分复用以及波分/时分复用相结合的方式,分别实现了对2.5GHz正弦信号的40GS/s光脉冲采样,利用8信道移相光量化分别得到了3.68和3.45比特的量化精度。提出了走离预补偿技术,可以大大提高全光模数转换系统的带宽。并对移相光量化进行了改进。论文对基于光谱量化编码的全光模数转换进行了研究。提出了新颖的光谱编码全光模数转换方案。利用级联两臂差倍增非对称M-Z调制器的可调谐滤波特性,将模拟电压与其峰值透射波长建立起线性关系。量化编码不需要任何非线性效应,避免了已有光谱编码全光模数转换方案中的一大难题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光模数转换技术的研究概况
• 1.2.1 光电混合模数转换
• 1.2.2 全光模数转换
• 1.3 全光模数转换关键技术
• 1.4 论文的主要内容和研究成果
• 第2章 移相光量化
• 2.1 移相光量化理论
• 2.1.1 移相光量化的基本原理
• 2.1.2 移相光量化的编码特性
• 2.1.3 移相偏差对移相光量化的影响
• 2.2 基于偏振光干涉的移相光量化
• 2.3 利用光纤挤压器的移相光量化
• 2.3.1 光纤挤压器
• 2.3.2 实验验证
• 2.4 利用相位调制器中色散效应的移相光量化
• 2.4.1 基本原理
• 2.4.2 实验验证
• 2.5 利用非对称M-Z 调制器中色散效应的移相光量化
• 2.6 本章小结
• 第3章 采样光脉冲序列
• 3.1 采样光脉冲特性对全光模数转换性能的影响
• 3.1.1 采样光脉冲的时间抖动
• 3.1.2 采样光脉冲的幅度抖动
• 3.1.3 采样光脉冲的脉冲宽度
• 3.2 超短光脉冲的产生
• 3.3 波分/时分复用采样光脉冲序列
• 3.3.1 4×10GS/s 采样光脉冲序列
• 3.3.2 100GS/s 采样光脉冲序列
• 3.4 信道不均衡对全光模数转换的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 40GS/s 全光模数转换实验
• 4.1 引言
• 4.2 时分复用40GS/s 全光模数转换实验
• 4.3 波分/时分复用40GS/s 全光模数转换实验
• 4.4 采样光脉冲的阈值判决
• 4.5 走离预补偿技术
• 4.6 移相光量化的改进
• 4.7 本章小结
• 第5章 光谱编码全光模数转换
• 5.1 引言
• 5.2 利用非对称M-Z 调制器的光谱编码全光模数转换
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 利用级联非对称 M-Z 调制器的光谱编码全光模数转换
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果