四通道并行解复用光子模数转换系统设计和实现

在光子模数转换器中,主动锁模激光器直接产生高速的采样时钟,但需要一种并行方案降低后端电量化器的带宽和速率要求。设计并实现了基于马赫-曾德尔双输出调制器的多通道并行解复用方案的光子模数转换系统。系统总采样率为12.8GS/s,模拟带宽为60GHz。测量了系统中各个通道的幅度和延迟失配量,并通过硬件优化和软件算法对通道失配进行了有效的校正和补偿,显著提高了系统有效比特位(ENoB)。实验测试中,该光子模数转换系统的ENoB在X波段和Ka波段的载频输入下分别达到了7.8位和6.9位,验证了基于此多通道并行解复用方案的光子模数转换器可达到宽带高精度性能。

高速光子模数转换技术及其集成化研究进展

光子模数转换技术是克服传统电子模数转换技术在采样速率、输入带宽、时钟抖动和比较器模糊等局限性的有效手段。光子模数转换技术为超宽带雷达、超高速示波器、大容量光通信等前沿应用的高速率、大带宽、高精度接收提供了有效解决方案。文章首先简要介绍了光子模数转换技术的技术途径分类及对比,然后重点介绍作者所在课题组围绕并行解复用光子模数转换系统开展的理论研究与应用研究工作。此外,分析了集成光子模数转换系统现状并展望了其未来发展思路和关键挑战。最后对全文进行了总结。

基于矢量叠加实现差分编码的光子模数转换方案

提出并验证了一种基于矢量叠加原理对输入射频信号进行差分编码的光子模数转换方案.该方案采用两路不同波长脉冲源通过一个相位调制器对输入射频信号进行调制,调制输出接入延时线干涉仪从而产生两路具有固定相位差的差分调制信号.利用矢量叠加模块对两路差分调制信号的强度进行不同程度的衰减和组合,从而获得系统量化所需的各路传递函数之间的相移量.该方案能够对输入射频信号实现差分编码,有效提高了系统的比特精度.同时该方案结构简单,只需要一个相位调制器,一个延时线干涉仪和一个矢量叠加模块即可构建.另外,各路传递函数之间的相移量是通过衰减两路差分调制信号的强度来实现,避免了传统光子模数转换方案中调制器对温度、环境敏感而引入的相位漂移问题.本文对4比特模数转换系统进行了原理性验证,实验结果证实了基于矢量叠加原理的光子模数转换方案的可行性.

基于MZ干涉结构的光子模数转换技术研究进展

光子模数转换是近年来国内外的研究热点之一。该文对基于马赫曾德尔(MZ)干涉结构的光学模数转换的方法、原理、发展和现状进行了探讨。首先给出Taylor方案的光量化编码原理,然后对各类改进方案进行了分析,并作了简要的比较和分类,最后讨论这类模数转换技术主要的发展方向。

光子模数转换技术

ADC广泛应用于手持设备,以及国防等领域。电ADC受限于时钟抖动和比较器模糊等关键指标,性能基本接近理论极限,提升空间有限。光ADC发挥了光子学的优势,具有极大的带宽,能实现远距离传输、远端处理,是ADC发展的理想方向。光ADC能够很好地突破电ADC理论上的极限,因此引起广泛关注。利用时间-波长交织、时间拉伸原理进行了光ADC的开发研究,制做了高速光ADC样机,进行了实验,并分享了各项技术的细节。此外,硅光集成技术将为光ADC技术打开新的窗口。

面向宽带雷达直接接收的光子模数转换系统中的通道失配补偿

分析了采用多通道并行解复用架构的光子模数转换(PADC)样机用于宽带雷达接收时的通道失配问题,建立了通道失配模型和失配量提取算法,给出了通道失配补偿方法。对比分析角反射器和无人机的回波信号进行通道失配补偿前后的短时傅里叶变换(STFT)谱,结果表明该补偿方法可有效抑制因样机多通道并行解复用架构所导致的固有幅度和延迟失配,从而实现了4GHz瞬时带宽的X和K a波段的有效接收。在X和Ka波段下进一步开展了角反射器在近距离静态和远距离动态时的测试和对比实验,结果表明该PADC样机均有效实现了间距约10cm的角反射器一维成像测量。

基于色散补偿光子晶体光纤的双通道光子时间拉伸模数转换器系统研究

研究了色散补偿光子晶体光纤(DC-PCF)对双通道光子时间拉伸模数转换器(PTS-ADC)的性能影响。通过理论推导验证了DC-PCF抑制PTS-ADC中三阶谐波产生的原理。设计了一种基于DC-PCF的双通道PTS-ADC系统,利用Optisystem软件对该系统进行仿真研究,分别对5组不同的输入射频(RF)信号(16.25,20.25,24.25,28.25,32.25GHz)进行模数转换,对比DC-PCF和色散补偿光纤(DCF)作为色散介质时系统的有效量化位数等性能参数。仿真结果表明,DC-PCF能够有效抑制三阶谐波的产生,提高双通道PTS-ADC的量化精度。

宽带高精度PADC系统中频综模块的设计与实现

在宽带高精度光子模数转换(Photonic Analog-to-Digital Converter,PADC)系统中,频综模块主要用于驱动PADC系统中的光开关阵列来实现并行解复用功能。介绍了PADC系统中的频综模块设计与实现,通过优化设计频综模块的内部器件可以调节光开关阵列的并行解复用性能,从而改善PADC系统的量化有效比特位数(Effective Number of Bits,ENOB)。实验对比分析了不同频综模块结构对PADC系统性能的影响,在9.812GHz的微波信号输入下的量化ENOB达7.73位,证明了频综模块优化设计方案的有效性。