光子模数转换器(PADC)是一种用于将模拟信号转换为数字信号的设备,尤其在需要高速率采样和高分辨率的现代科学研究和工程领域中非常有用。由于电子模数转换器(EADC)的固有局限性,比如由电子元器件引起的几百飞秒级的定时抖动,以及仅有几吉赫兹的模拟带宽限制,PADC借助光子技术低定时抖动和宽频带宽的特性,提供了一种克服电子模数转换器瓶颈问题的替代方案。在这方面,通过低定时抖动的稳定锁模激光器(MLL)作为采样源,PADC可以实现精确的采样时间和数字化信号。 通道交错技术允许将采样脉冲序列并行化为两个通道,而双输出马赫-曾德尔调制器(MZM)作为光子开关使用时,能够对两个通道中的信号进行独立控制。在处理高速光信号时,调制器的开关响应至关重要,因为它直接影响到系统的性能。为了评估这种响应,引入了一个称为优值(Figure of Merit, FoM)的参数,用于量化PADC在使用MZM作为光子开关时的表现。 在实验中,通过对FoM的优化以及利用通道失配补偿算法,可以有效扩展PADC的系统带宽,并提升信号的信噪比(SDR)。这意味着,通过改进MZM的开关响应,可以在不增加太多复杂性的情况下,提高PADC的性能。 在实现高采样率和宽输入频率范围的通道交错光子模数转换器时,所面临的一个关键挑战是如何优化这些通道的性能,以保证整体PADC系统能够准确地采样和量化模拟信号。这包括要确保信号在两个通道之间正确地分配,同时保持最小的失真和最大化的信号质量。 由于实际系统中可能会出现通道之间的不匹配,例如由于器件特性的不均匀性,因此研究中还提出了通道失配补偿算法。这种算法的应用有助于进一步提升信号的完整性和准确性。通过这些方法,PADC能够有效地解决传统电子模数转换器所面临的频率和带宽的限制,使得在雷达系统等应用中,能够实现更高速度和更高分辨率的信号处理。 本文通过理论和实验研究了通道交错光子模数转换器中双输出马赫-曾德尔调制器的开关响应,并提出了一系列改进措施,以增强PADC的带宽和信号质量。这些研究结果对于推动光子模数转换技术在现代科学研究和工程应用中的进一步发展具有重要的意义。
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