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设计了基于时间波长交织技术的多通道连续型光子时间拉伸模数转换(PTS-ADC)系统。研究了互补型双马赫-曾德尔调制器(MZM)结构对多通道连续型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的连续型PTS-ADC系统, 利用Optisystem软件对该系统进行仿真研究, 对频率为6 GHz的射频(RF)信号进行模数转换。仿真结果表明, 基于互补调制的多通道连续型PTS-ADC系统可以对RF信号实现降频处理及连续采样, 实现了4.69的有效量化位数。
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激光与光电子学进展
中国激光
杂志社
基于互补调制的多通道连续型
PTSGADC
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
设计了基于时间波长交织技术的多通道连续型光子 时 间拉伸 模 数转换
系 统
研 究 了 互 补 型 双
马赫
曾德尔调制器
结构对多通道连续型
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
的连续型
系统
利用
软件对该系统进行仿真研究
对频率为
的射频
信号进行模数转换
仿真结果表明
基于 互 补调制 的 多
通道连续型
系统可以对
信号实现降频处理及连续采样
实现了
的有效量化位数
关键词
光通信
模数转换器
光子时间拉伸
互补调制
二阶谐波抑制
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
/
MultiGChannelContinuousGTimePTSGADCS
y
stem
BasedonCom
p
lementar
y
Modulation
GraduateSchool
Academ
y
o
f
E
q
ui
p
ment
Bei
j
in
g
China
De
p
artmento
f
PhotoelectricE
q
ui
p
ment
Academ
y
o
f
E
q
ui
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方面的研究
导师简介
陈向宁
男
博士
教授
主要从事遥感方面的研究
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
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
瓶颈
制约
量化精度很
难提升
针对这一 问 题
国内外 先 后提出 多 种 光
模数转换器方案
其中
光子时间拉伸模数转换
器
方 案 最 受 欢 迎
该 方 案 通 过 被 动
锁模激光器产生超 短 光脉冲
经第
段色散 补 偿光
纤展宽
利用马赫
曾 德 尔 电 光 调 制 器
将 高
激光与光电子学进展
速信号调制到光脉 冲 上
利用第
段色散 补 偿光纤
对光脉冲进一步展宽
展宽后 的 信号从 时 域上等 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
克 服 电
的
瓶颈
制约
提高
的量 化精 度
是目 前 主流的
研究方向
单踪模 式 的
系 统 已 经 较 为 成 熟
其
中最具代表性的是采样 速率 为
输入 信号
频率为
的
系统
而连续时间
信号采样的
系统还处于起步阶段
并且
调制器本身受传输函 数 的制约
容易产 生 较大的 二
阶谐波
影响系统的精度
目前
等
提出利用
双输出
和平衡探测器来抑制二阶谐波的产生
该解决方案较为有效
针对上述问题
本文利用互补
型双
代替 双 输出
来抑制 二 阶谐波 的 产
生
设计了一种基于互补调制的
通道连续型
系统
通过理论推导
对互补型双
抑制二
阶谐波 产生的 原 理进行 了 验证
通 过 仿 真 建 模
对
系统进行了仿真 实验
结果 表明
互补 型
双
能够有效抑制二阶谐波的产生
通道连续
型
系统能够对信号实现连续时间采样
原理论证
2.1
光子时间拉伸
ADC
原理
系统原理如图
所示
系统通常由锁
模激光器
两段色散补偿光纤
马赫
曾德尔调
制器和光电探测器
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
等效
为低频的模拟信号
展宽后的光信号经过光电转换
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
表达式为
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
分别对应两端光纤的长度
当采用两段相同光纤
即
τ
λ
τ
λ
则时
域展宽比为
M
=
t
t
=
L
+
L
L
=
+
L
L
从
式中可以看出
如果采取两段相同参数的
光纤
展宽系数只与光纤长度有关
所以
通过调整
两段光纤的 比 例 关 系
可 以 改 变
系 统 的
时域展宽比
22
互补型双
MZM
调制原理
基于互补调制的双
原理如图
所示
射频
信号源产生的电信号经
相位定向耦合器分成两
路
将两路相位差为
的
信号分别送入
个相同的
与
产生的光脉冲进行调制
并将调制后的
光脉冲转换成电信号后送入减法器中求差
最终在系
统后端进行多通道并行采样和量化处理
由于锁模激光器产生的超短脉冲为高斯型
所
以脉冲光源输出端产生的波形可被表示为
E
t
( )
=
E
-
t
T
æ
è
ç
ö
ø
÷
式中
E
为脉 冲 振 幅
T
为 脉 冲 半 峰 全 宽
峰 值 强
度
处
对
式进行傅里叶变换可得
E
ω
( )
=
E
T
-
ω
T
æ
è
ç
ö
ø
÷
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