微波技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代通信、雷達探測、衛(wèi)星定位等眾多應(yīng)用領(lǐng)域的核心技術(shù),寬帶、高速、精準的微波信號處理技術(shù)成為人們關(guān)注研究的前沿熱點。然而,基于電子技術(shù)的微波信號處理技術(shù),在處理速率、傳輸損耗、帶寬、抗干擾能力等方面都不能滿足應(yīng)用需求。微波光子技術(shù)以其高效、大帶寬、低損耗、抗電磁干擾等方面的優(yōu)勢,可以全方位地提升微波信號處理能力。論文將圍繞微波光子信號處理技術(shù),重點研究了全光數(shù)模轉(zhuǎn)換和光電模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù),論文的主要內(nèi)容包括:首先,對現(xiàn)有的光數(shù)模轉(zhuǎn)換和光模數(shù)轉(zhuǎn)換的技術(shù)方案進行了詳細地研究,分析了這些方案的優(yōu)缺點。闡述了微波光子信號處理的原理和關(guān)鍵技術(shù),以及核心光電子器件的原理和工作特性,特別論述了光延遲的原理、測量以及控制方法。并分析了數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理,并對其中的技術(shù)指標進行了討論。其次,針對傳統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度受限的問題,提出了一種基于光延遲的全光串行數(shù)模轉(zhuǎn)換方案。采用多只波長獨立的半導體激光器輸出不同權(quán)值的光載波并復用,將待轉(zhuǎn)換的串行數(shù)字信號調(diào)制到該復用的光載波上。再利用光纖色散斜率控制實現(xiàn)多個波長分量之間的等差光延遲,使不同比特位帶有權(quán)值的光信號在同一段時間窗口內(nèi)實現(xiàn)非相... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

基于多路調(diào)制器的并行光DAC結(jié)構(gòu)原理圖

2004年,美國貝爾實驗室的研究小組提出了基于移相原理的并行光數(shù)模轉(zhuǎn)換方案[29]。激光器產(chǎn)生的連續(xù)光被均分至多個平行通道,每個通道中接入一個高速光移相器,并行數(shù)字信號作為光移相器的控制信號。所有光信號從移相器出來后,進行相干疊加,由光電探測器接收后輸出模擬信號。為了提高系統(tǒng)消光比,采用了多調(diào)制器級聯(lián)的方式。該研究小組搭建的6bit實驗系統(tǒng)取得了12.5GS/s轉(zhuǎn)換速率,其有效轉(zhuǎn)換精度為3.86bit。其后,該研究小組利用InP硅基光電集成電路搭建了一個片上系統(tǒng)[30],光波導移相部分僅1.7cm,系統(tǒng)轉(zhuǎn)換速率12.5GS/s,轉(zhuǎn)換精度4bit,測得無雜散動態(tài)范圍(SFDR,Spurious-Free Dynamic Range)為32dB。2007年,該研究小組提出了改進方案[31]。鎖模激光器發(fā)出脈沖序列進入2N個波導通道。每兩個波導通道組成一對,進入M-Z干涉儀,在干涉儀中進行高速相位調(diào)制,再耦合。對M-Z干涉儀加以合適的偏置,通過二進制信號驅(qū)動,其功能可以視作高速光開關(guān)。耦合后的信號再通過帶相移器的M-Z調(diào)制器,完成信號的強度和相位加權(quán)。所有通道的信號在末端相干疊加,再使用二階重建濾波器抑制激光器頻譜分量帶來的影響后輸出。實驗系統(tǒng)輸出的任意波形相對精度達到4.3%。2008年,以色列特拉維夫大學的研究小組提出了一種基于單MZ干涉儀的光數(shù)模轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)[32],如圖1-3所示。該MZ干涉儀的控制電極為多段不等長的電極聯(lián)合構(gòu)成,串行數(shù)字信號分別作為不同電極的驅(qū)動,每一臂在多電極作用下產(chǎn)生對應(yīng)的相移,最后在在耦合處干涉,得到成比例的光強度。

2005年,日本大學的Shoichiro Oda等人提出了基于級聯(lián)非線性光環(huán)鏡(NOLM,Nonlinear Optical Loop Mirror)的并行光數(shù)模轉(zhuǎn)換方案[36],其結(jié)構(gòu)原理如圖1-4所示。該方案采用并行數(shù)字信號作為不同級的非線性光環(huán)鏡的共同的控制信號。探測光脈沖注從第一級NOLM開始注入,代表最高有效比特位的光脈沖作為第一級的控制信號,選擇注入探測脈沖向下一級NOLM組中的流向,控制信號的“1”和“0”兩個狀態(tài)分別代表探測光脈沖流向第二級NOLM組中的兩個不同的NOLM,每一級的NOLM組的選擇原理均相同。這樣,N級級聯(lián)的NOLM環(huán)可以產(chǎn)生2N個輸出狀態(tài)。此方案全部采用無源器件,響應(yīng)速度快,適用于高速全光信號處理,而且由于其結(jié)構(gòu)特點,可以很方便的在二進制碼和格雷碼的工作模式之間切換。研究小組搭建了一個轉(zhuǎn)換速率1MHz,轉(zhuǎn)換精度2bit的驗證系統(tǒng),并推論,在有滿足條件的大功率窄脈沖激光器的條件下,可以達到640Gb/s的轉(zhuǎn)換速率。但是根據(jù)其系統(tǒng)原理,對于Nbit精度的系統(tǒng),至少需要2N-1個NOLM,因此,隨著比特位數(shù)的增加,系統(tǒng)的復雜程度大大增加,而且高位NOLM組中的多個NOLM之間的信號同步難度也隨之增加。1.2.2 串行光DAC結(jié)構(gòu)


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