基于光延迟的微波信号处理技术研究

发布时间：2020-12-09 23:57

　　微波技术已经成为现代通信、雷达探测、卫星定位等众多应用领域的核心技术,宽带、高速、精准的微波信号处理技术成为人们关注研究的前沿热点。然而,基于电子技术的微波信号处理技术,在处理速率、传输损耗、带宽、抗干扰能力等方面都不能满足应用需求。微波光子技术以其高效、大带宽、低损耗、抗电磁干扰等方面的优势,可以全方位地提升微波信号处理能力。论文将围绕微波光子信号处理技术,重点研究了全光数模转换和光电模数转换技术,论文的主要内容包括:首先,对现有的光数模转换和光模数转换的技术方案进行了详细地研究,分析了这些方案的优缺点。阐述了微波光子信号处理的原理和关键技术,以及核心光电子器件的原理和工作特性,特别论述了光延迟的原理、测量以及控制方法。并分析了数模转换和模数转换的基本原理,并对其中的技术指标进行了讨论。其次,针对传统数模转换器转换速度受限的问题,提出了一种基于光延迟的全光串行数模转换方案。采用多只波长独立的半导体激光器输出不同权值的光载波并复用,将待转换的串行数字信号调制到该复用的光载波上。再利用光纤色散斜率控制实现多个波长分量之间的等差光延迟,使不同比特位带有权值的光信号在同一段时间窗口内实现非相... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

基于多路调制器的并行光DAC结构原理图

2004年,美国贝尔实验室的研究小组提出了基于移相原理的并行光数模转换方案[29]。激光器产生的连续光被均分至多个平行通道,每个通道中接入一个高速光移相器,并行数字信号作为光移相器的控制信号。所有光信号从移相器出来后,进行相干叠加,由光电探测器接收后输出模拟信号。为了提高系统消光比,采用了多调制器级联的方式。该研究小组搭建的6bit实验系统取得了12.5GS/s转换速率,其有效转换精度为3.86bit。其后,该研究小组利用InP硅基光电集成电路搭建了一个片上系统[30],光波导移相部分仅1.7cm,系统转换速率12.5GS/s,转换精度4bit,测得无杂散动态范围(SFDR,Spurious-Free Dynamic Range)为32dB。2007年,该研究小组提出了改进方案[31]。锁模激光器发出脉冲序列进入2N个波导通道。每两个波导通道组成一对,进入M-Z干涉仪,在干涉仪中进行高速相位调制,再耦合。对M-Z干涉仪加以合适的偏置,通过二进制信号驱动,其功能可以视作高速光开关。耦合后的信号再通过带相移器的M-Z调制器,完成信号的强度和相位加权。所有通道的信号在末端相干叠加,再使用二阶重建滤波器抑制激光器频谱分量带来的影响后输出。实验系统输出的任意波形相对精度达到4.3%。2008年,以色列特拉维夫大学的研究小组提出了一种基于单MZ干涉仪的光数模转换结构[32],如图1-3所示。该MZ干涉仪的控制电极为多段不等长的电极联合构成,串行数字信号分别作为不同电极的驱动,每一臂在多电极作用下产生对应的相移,最后在在耦合处干涉,得到成比例的光强度。

2005年,日本大学的Shoichiro Oda等人提出了基于级联非线性光环镜(NOLM,Nonlinear Optical Loop Mirror)的并行光数模转换方案[36],其结构原理如图1-4所示。该方案采用并行数字信号作为不同级的非线性光环镜的共同的控制信号。探测光脉冲注从第一级NOLM开始注入,代表最高有效比特位的光脉冲作为第一级的控制信号,选择注入探测脉冲向下一级NOLM组中的流向,控制信号的“1”和“0”两个状态分别代表探测光脉冲流向第二级NOLM组中的两个不同的NOLM,每一级的NOLM组的选择原理均相同。这样,N级级联的NOLM环可以产生2N个输出状态。此方案全部采用无源器件,响应速度快,适用于高速全光信号处理,而且由于其结构特点,可以很方便的在二进制码和格雷码的工作模式之间切换。研究小组搭建了一个转换速率1MHz,转换精度2bit的验证系统,并推论,在有满足条件的大功率窄脉冲激光器的条件下,可以达到640Gb/s的转换速率。但是根据其系统原理,对于Nbit精度的系统,至少需要2N-1个NOLM,因此,随着比特位数的增加,系统的复杂程度大大增加,而且高位NOLM组中的多个NOLM之间的信号同步难度也随之增加。1.2.2 串行光DAC结构


本文编号：2907695