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研究了互补型双马赫-曾德尔调制器(MZM)结构对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互补型双MZM抑制PTS-ADC中二阶谐波产生的原理。设计了一种基于互补型双MZM的PTS-ADC系统, 利用Optisystem软件进行仿真研究, 分别对5组不同的输入射频(RF)信号进行模数转换(10, 15, 20, 25, 30 GHz), 对比互补型双MZM和单输出MZM作为电光调制器时, 各系统对RF信号采样恢复的频率值。仿真结果表明, 互补型双MZM结构可以有效抑制二阶谐波, 提高了PTS-ADC的量化精度。
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第
卷
第
期
中
国
激
光
年
月
CHINESEJOURNALOFLASERS
December
基于互补型双
MZM
结构的光子时间拉伸
模数转换器系统
王 俊 达
,
陈 颖
,
陈 向 宁
装备学院研究生院
北京
装备学院光电装备系
北京
摘要
研究了互补型双马赫
曾德尔调制器
结 构对 光子 时 间拉 伸模 数 转换 器
的 性能 影响
通
过理论推导验证了互补 型 双
抑 制
中 二 阶谐 波 产 生 的原 理
设 计 了一 种 基 于 互 补 型 双
的
系统
利用
软件进行仿真研究
分别对
组不同的输入射频
信号 进行 模数转 换
对比互补型双
和单 输出
作 为电 光调 制 器 时
各 系 统对
信 号 采样 恢 复 的 频率 值
仿真结果表明
互补型双
结构可以有效抑制二阶谐波
提高了
的量化精度
关键词
光通信
模数转换器
光子时间拉伸
互补调制
二阶谐波
中图分类号
文献标识码
doi
:
.
/
CJL.
PhotonicTimeGStretchedAnalo
g
GtoGDi
g
italConverterS
y
stem Basedon
Com
p
lementar
y
DualMachGZehnderModulatorStructure
GraduateSchool
Academ
y
o
f
E
q
ui
p
ment
Bei
j
in
g
China
De
p
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f
PhotoelectricE
q
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Academ
y
o
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E
q
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p
ment
Bei
j
in
g
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改稿日期
基金项目
国家
计划
作者简介
王俊达
男
硕士研究生
主要从事光学通信与信息系统等方面的研究
导师简介
陈向宁
男
博士
教授
主要从事遥感等方面的研究
引
言
近年来
随着科学技术的高速发展
通信
雷达
电子对抗
医疗等领域对高速模数转换器
的需求
越来越迫切
现有的电子
由于载流子存在迁移速率的物理极限
当采样速率很高时
存在采样时间抖
动
比较器不确定等制约因素
量化精度很难提升
针对这一问题
国内外先后 提出多种光 模数转换器 方
中
国
激
光
案
其中
光子时间拉伸模数转换器
方案最为著 名
该方案采用 马赫
曾德尔电光 调制器
将高速宽带信号调制到光脉冲上
通过色散补偿光纤对光 脉冲进行时 域拉伸
拉伸后的信 号从时域
上看可等效为低速的模拟信号
降低了对后端电
的采样速率和量化精度的要求
因此
这种方案可
以克服电
的制约
提高
的量化精度
是目前主流的研究方向
在
系统中
由于调制器本 身 传输函数 的 制约
容 易 产 生 较 大 的 二 阶 谐 波
影 响 系 统 的 精 度
目前
最著名的解决方案是利用双输出
和平衡探测的方法来抑制二阶谐波的产生
针对二阶谐波
干扰系统精度这一问题
本文采用
个单通道
构成互补型结构来抑制二阶谐波的产生
并在系统后端
采用
个通道并行采样的结构来提 高系统的采 样速度和量 化精度
通过理论推 导
验证了互 补 型双
抑制二阶谐波产生的原理
通过仿真 建模对
系统进行仿 真实验
结果表明
互补型双
能
够有效抑制二阶谐波的产生
提高了
系统的量化精度
原理论证
2.1PTSGADC
系统原理
系统原理如图
所示
系统通常由锁 模激光器
段色散补 偿 光纤
和光电探
测器构成
在
系 统 中
时 域 展 宽 的 原 理 是 利 用 光 纤 中 的 色 散 机 理 在 时 域 上 对 光 脉 冲 进 行 拉
伸
由于射频
信号通过
加载在光脉冲上
因此其在时域上也被 同样展宽
可以等效为 低频的
模拟信号
展宽后的光信号经过光电 探 测器
进行光电 转 换
可以利用 采 样速率较 低 的电
进行量
化
图
系统原理图
时域拉伸过程主要由群速度色散参数
β
决定
忽略三阶
四阶等更高阶非线性色散现象
光纤的色散可
由其模传输特性方程
β
ω
表示
将其在信号频谱中心频率
ω
处按泰勒级数展开如下
β
ω
=
β
+
β
ω
-
ω
+
β
ω
-
ω
式中
β
和
β
分别为群时延和群速度色散
群速度色散在光纤中可由色散参数
D
λ
表示
以单模光纤
为例
其色散参数可表示为
D
λ
=
S
λ
-
λ
λ
æ
è
ç
ö
ø
÷
式中
λ
为零色散波长
S
为
λ
λ
时的色散斜率
又由
D
λ
=
τ
λ
可得
τ
λ
=
λ
λ
D
λ
λ
=
S
λ
+
λ
λ
-
λ
-
λ
λ
æ
è
ç
ö
ø
÷
式中
λ
为参考波长的值
τ
λ
为单位长度的群时延
因此
在
的输入端
脉冲展宽时延
t
为
t
=
L
×
τ
λ
同理
经过第
段光纤进一步展宽后
脉冲展宽的时间延迟
t
为
t
=
t
+
t
=
L
×
τ
λ
+
L
×
τ
λ
式中
L
和
L
分别对应
段光纤的长度
当采用
段相同光纤时
即
τ
λ
τ
λ
则时域展宽比为
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