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提出了一种基于光电振荡器的高速光采样技术。光电振荡器直接产生高重复频率、低时间抖动的采样脉冲, 避免了对低重复频率采样脉冲的时域复用, 可降低系统复杂性, 提高系统效率。利用此光脉冲对信号进行时域傅里叶变换采样, 信号在不同时刻的幅度信息被调制到不同波长的探测光上, 再经过波分复用器或可调滤波器滤出不同中心波长的光, 实现高速实时采样及串并转换, 可与低速率的电模数转换量化匹配。实验产生重复频率为10 GHz、时间抖动为195 fs的光脉冲, 并对三种不同波形的信号进行采样, 得到采样波形, 采样速率达到40 GSa/s。实验结果表明提出的基于光电振荡器的光采样技术是可行的。
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激光与光电子学进展
中国激光
杂志社
基于光电振荡器的高速率光采样技术
包 文 强
,
于 晋 龙
,
王 文 睿
天津大学电气自动化与信息工程学院
天津
浙江大学航空航天学院
浙江 杭州
摘要
提出了一种基于光电振荡器的高 速 光 采 样 技 术
光 电 振 荡 器 直 接 产 生 高 重 复 频 率
低 时 间 抖 动 的 采 样 脉
冲
避免了对低重复频率采样脉冲的时域复用
可降低系统复杂性
提高系统效 率
利用 此 光脉冲 对 信号进 行 时域
傅里叶变换采样
信号在不同时刻的幅度信息被调制到 不同 波长 的探 测光 上
再 经 过 波 分 复 用 器 或 可 调 滤 波 器 滤
出不同中心波长的光
实现高速实时采样及串并转换
可 与 低 速 率 的 电 模 数 转 换 量 化 匹 配
实 验 产 生 重 复 频 率 为
时间抖动为
的光脉冲
并对三种不同波形的信号进行采样
得到采样波形
采样速率达到
实验结果表明提出的基于光电振荡器的光采样技术是可行的
关键词
信号处理
光模数转换
光电振荡器
光采样
光窄脉冲
时域傅里叶变换
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
/
Hi
g
hGRateO
p
ticalSam
p
lin
g
BasedonO
p
toelectronicOscillator
Schoolo
f
ElectricalAutomationandIn
f
ormationEn
g
ineerin
g
Tian
j
inUniversit
y
Tian
j
in
China
AeronauticsandAstronauticsInstitute
Zhe
j
ian
g
Universit
y
Han
g
zhou
Zhe
j
ian
g
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改 稿日期
作者简介
包文强
男
硕士研究生
主要从事光电振荡器方面的研究
导师简介
于晋龙
男
博士
教授
博士生导师
主要从事光纤通信方面的研究
通信联系 人
引
言
灵活性大
可靠 性高 的数 字信 号处 理技 术为 人
类社会的方方面面带来了革命性的进展
要实现模
拟信号到数字信号的转化
模数 转换
是其中
的关键技术
随着人们对信息认知
获取
传输的速
率和精度的要求不 断提升
对高带 宽
高采样 率
高
量化精度的
技术 的需 求也 日益迫 切
然而传
激光与光电子学进展
统电
技术受限于电子孔径抖动和电子 渡 越时
间不确定性
其采样 速 率和带 宽 无法同 时 提升
所
以
为了克服电
的瓶颈问题
研究人员开始采用
光学采样的方法提高
的采样速率
结合光学采
样和 电量 化技 术构 建的 新型 光子
可以 突破 电
的速率瓶颈
是
技术达 到 高速度
高精
度的可靠途径
也是目前国内外研究的热点之一
光子
中的两项关键 技术是 光 采样脉 冲 源
技术和光串并转换技术
光采样脉冲源大多采用光
纤被动锁模激光器
可产生 重 复频率 达 兆赫兹 量 级
的采样 脉 冲
为 了 达 到
量 级 的 采 样 速 率
需
要利用复 用 技 术
然 而
随 着 光 子
采 样 速 率
的提升
光采 样 速 率 和 电
器 件 量 化 速 率 之 间
的失配问题日益凸显
研究人员开始采用通信中的
复用技术
利用光信号的高速度
高精度等特性进行
采样的同时
利用光域的解复用器件
在不同的光路
上分配采样后的信号
经光电转换后再经过电
器件量化
年
天津大学王菊等
实现了
波长的波时 分 源 并 用 于 光 串 并 转 换
年
上 海
交通大学
等
则 实 现 了 一 种 用 于 光 采 样 的
波长的波 时 分 光 源
年
利 用 光 控
光开关实现了串并转换比为
的光采样
目前
大
部分光子
系 统 都 需 要 利 用 多 次 复 用 技 术
这
无疑增加 了 系 统 的 复 杂 度 并 且 降 低 了 系 统 的 稳 定
性
所以最理 想 的 方 案 便 是 直 接 产 生 可 以 匹 配 电
量化速率的光窄脉冲
并用一种简单易实现的
技术进行光串并转换
光电振荡器
是一 种高 品质 的微 波源
可
以直接产生重复频率 达 吉赫兹 量 级的微 波 信号
结
合
与直调激 光 器 和 相 位 调 制 器
直 接 产 生 与
电
采 样 速 率 相 匹 配 的 脉 冲 信 号
系 统
产生的微波信号具有 较 低的相 位 噪声
因此其 对 应
的光窄脉冲也具有超 低 的瞬时 抖 动
如天津 大 学贾
石等
实现了时 间 抖 动 为
的 光 窄 脉 冲
对
产生的光脉冲进行时域傅里叶变换
形成带有
线性啁啾的光脉冲信 号
即频率 随 着时间 发 生线性
变换的光脉冲信号
利用此光脉冲进行采样
被采样
信号不同时刻的幅度信息被调制到不同中心波长的
光脉冲上
并利用可调滤波器将采样信号分到多路
从而实现超高速光采样
天津大学王文睿等
通过
时域傅里叶变换采样的方法完成了
的高
速率光采样
本文设计了一种基 于波 长双 环路
的高 速
率光 采 样 系 统
在 实 验 中
利 用
产 生 了 重 复
频率为
的光脉 冲
用此光 脉 冲对信 号 进行
时域傅里叶变换采样
实现 了采 样速 率为
的光采样
基本原理
21
基于直调激光器和相位调制器的光窄脉冲产生
原理
基于直调激光器与相位调制器的光窄脉冲产生
原理如图
所示
一般认为微波信号对直调激光器
直接调制后
直调激光器 输 出的光 信 号近似 为 高斯
形
光脉冲经过一定延 时
到达相 位 调制器 后
再次
受到频率为
f
信号的相位调制
此时
其电 场可 以
表示为
E
t
=
E
-
t
T
æ
è
ç
ö
ø
÷
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
-
ω
t
+
[{
α
f
t
+
α
f
t
+
t
] }
式中
E
为电场幅度
T
为脉冲幅度在
处的半
宽度
ω
为光的角 频 率
f
为调制 信 号频率
α
为
直调激光器 的 等 效 相 调 指 数
α
为 相 位 调 制 指 数
t
为光脉冲经过的延时时间
图
直调激光器和相位调制器产生光窄脉冲示意图
此时
信号的瞬时频率为
V
t
=-
Φ
t
=
ω
æ
è
ç
ö
ø
÷
-
f
α
f
t
-
f
α
f
t
+
t
对瞬时频率求导
可以得到光脉冲的啁啾
V
t
=-
f
α
f
t
+
{
α
f
t
+
t
[ ] }
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