一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于光電技術領域，特別涉及一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法及裝置。本發明專利技術的方法，利用雙平行調制器的載波抑制調制，實現輸出信號直流分量的抑制，增大探測器的靈敏度的同時，有效消除偶次諧波失真，提高系統的線性度。通過設置雙平行調制器的最佳光功率耦合比和微波信號功率耦合比，再結合調制信號與參考信號干涉以及平衡探測的方式，有效抑制三次諧波和三階交調失真，顯著地提高系統的信噪失真比和有效位數，實現微波信號時間拉伸模數轉換系統的線性化。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光電
，特別涉及一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法及裝置。
技術介紹
模數轉換器(ADC，Analog-to-digital converter)是將自然界中的模擬信號轉換為數字信號的儀器，所以它在構建數字系統的過程中起著至關重要的作用。但是傳統的電子模數轉換器因為載流子遷移率的限制，難以實現寬帶、大采樣速率且高有效位數的突破。而光脈沖固有的寬帶、高速、穩定等特性使光學模數轉換技術成為突破電子瓶頸的有效途徑，讓寬帶、高精度的模數轉換成為可能。光學時間拉伸模數轉換(TS-ADC)技術是被廣泛關注的光學ADC技術之一，它利用光學色散效應將高速微波信號降速，再用高精度的電子ADC進行采樣和量化，從而實現高速、寬帶、高精度的模數轉換。目前，單通道的瞬態信號處理系統最高已實現10TS/s的有效采樣速率，有效位數為4.5bits(J.Chou，O.Boyraz，et al.Femtosecondreal-time single-shot digitizer.Applied Physics Letters，2007，91(16)：161105)。而多通道連續時間信號處理系統已實現對47GHz的信號實時采樣量化，有效采樣速率為150GS/s(J.Chou，J.Conway，et al.150Gs/s real-time oscilloscope using a photonic front end.Asia-Pacific MicrowavePhotonics Conference，2008：35-38)。在TS-ADC中，有效位數(ENOB，Effective number of bits)是用來衡量系統精度的參數，它與信噪失真比(SINAD，Signal to noise distortion rate)成正比，即ENOB＝(SINAD-1.76)/6.02。為了提升系統的性噪比(SNR，Signal to noise ratio)，應該增大微波信號的調制深度，但是由于電光外調制器傳輸函數的非線性，即使偏置在線性偏置點，輸出信號的奇次諧波也將隨著調制深度的提高而增大。除此之外，色散導致的偶次諧波，以及調制器線性偏置點漂移導致的二次諧波等都會劣化系統的有效位數。因此，改善時間拉伸系統的線性度是提高系統有效位數的必要手段。目前，被廣泛提及的線性化方法是美國加州大學洛杉磯分校Jalali教授團隊提出的雙輸出調制器方案，它的雙端口差分算法可以消除色散導致的偶次諧波，反三角函數運算可以矯正調制器傳輸函數的非線性，高通濾波處理則可消除調制器線性偏置點漂移導致的二次諧波(Shalabh Gupta，George C.Valley，et al.Distortion Cancellation in Time-StretchAnalog-to-Digital Converter.Journal of Lightwave Technology，2007：3716-3721)。但是，該方法的補償效果受限于調制器的強度與相位失配程度，且只對諧波信號起到抑制作用。然而在亞倍頻系統中，三階交調失真較二次諧波距離基頻信號更近，難以用濾波的方法消除，因此三階交調失真不可忽略，它是限制系統線性度和動態范圍的主要因素。為了有效抑制TS-ADC中的三階交調失真，浙江大學提出利用雙平行調制器特殊偏置的方法，實驗證明該方法能夠將無雜散動態范圍(SFDR，Spurious-free dynamic range)提升26dB(Boyu Xu，Wulue Lv，et al.Spurious-free dynamic range improvement in a photonic time-stretched analog-to-digital converterbased on the third-order prediction.Chinese Laser Press，2014：97-101)。然而，該方法抑制三階交
調失真是以增大二次諧波為代價。對于寬帶TS-ADC系統，應該考慮消除低次諧波的同時，抑制三階交調失真，然而到目前為止，仍然沒有針對寬帶光學時間拉伸系統的線性化方法。
技術實現思路
本專利技術針對上述問題，提出一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法及裝置。本專利技術的技術方案：一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法，包括以下步驟：a.利用定向耦合器對通過色散效應獲得的啁啾光脈沖進行分路，一路通過雙平行調制器將待數字化的微波信號調制在啁啾光脈沖上，另一路作為參考信號；b.通過第二定向耦合器將調制后的啁啾光脈沖與參考信號進行干涉，再分兩路輸出，每一路輸出的信號經過色散時間拉伸后再輸出；c.對步驟b中輸出的信號進行平衡探測，再用電子模數轉換器完成模數轉換。本專利技術的方法，采用雙平行調制器，將上下兩個MZM調制器偏置在零點(null point)，實現載波抑制調制，有效抑制光載波和偶次諧波失真項。利用上下兩個MZM輸出之間固定的π相位差，使上下兩臂輸出的三次諧波、三階交調分量符號相反。再通過雙平行調制器間特定比例的光功率耦合器，上下MZM非等幅的微波信號加載，以及調制信號與參考信號干涉和平衡探測結構，實現了三次諧波、三階交調分量的消除，顯著地提高了系統的線性度和動態范圍。一種改善微波信號時間拉伸線性度的裝置，包括：鎖模激光器1、第一色散介質2、第一定向耦合器3、第二定向耦合器5、雙平行調制器4、第一環形器6、第二環形器7、第二色散介質8、平衡探測器9、電子模數轉換器10。所述鎖模激光器1的輸出端通過第一色散介質2后接第一定向耦合器3；所述第一定向耦合器3的一路輸出通過雙平行調制器4后接第二定向耦合器5的一端，另一路輸出直接接入到第二定向耦合器5的另一端；所述第二定向耦合器5的一端輸出通過第一環形器6、第二色散介質8、第二環形器7后接平衡探測器9的“-”端口，另一端輸出通過第二環形器7、第二色散介質8、第一環形器6后接平衡探測器9的“+”端口；所述平衡探測器9的輸出端接電子模數轉換器10的輸入端。所述鎖模激光器1用于產生的超短光脈沖，經過第一色散介質2的群速度色散，引入線性啁啾，形成時間-波長的映射關系，使光脈沖展寬；預展寬的光脈沖通過第一定向耦合器3分成兩路，一路通過雙平行調制器將數字化的微波信號調制到光脈沖上，另一路作為參考光；兩路光脈沖通過第二定向耦合器進行干涉后再分成兩路，一路通過第一環形器6、第二色散介質8、第二環形器7后用平衡探測器9的“-”端口探測，另一路通過第而環形器7、第二色散介質8、第一環形器6后用平衡探測器9的“+”端口探測；最后平衡探測器輸出的信號通過電子模數轉換器10進行采樣和量化。本專利技術的有益效果為，利用雙平行調制器的載波抑制調制，既抑制了輸出信號的直流項，增大了探測器的靈敏度，又有效消除了所有的偶次諧波失真，提高了系統的線性度；通過采用雙平行調制器最佳的光功率耦合比、微波信號功率耦合比，再結合調制信號與參考信號的
干涉和平衡探測的方式，同時消除了三次諧波和三階交調失真，有效提升了系統的信噪失真比和有效位數，實現了微波信號時間拉伸模數轉換系統的線性化。附圖說明圖1為一種改善微波信號時間拉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法，其特征在于，包括以下步驟：a.將通過色散效應獲得的啁啾光脈沖用定向耦合器分路，一路通過雙平行調制器將待數字化的微波信號調制在啁啾光脈沖上，一路作為參考信號；b.利用第二定向耦合器將調制后的啁啾光脈沖與參考信號進行干涉，再分兩路輸出，每一路輸出信號經過色散時間拉伸后再輸出；c.對步驟b中輸出的信號進行平衡探測，再用電子模數轉換器完成模數轉換。

【技術特征摘要】
1.一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法，其特征在于，包括以下步驟：a.將通過色散效應獲得的啁啾光脈沖用定向耦合器分路，一路通過雙平行調制器將待數字化的微波信號調制在啁啾光脈沖上，一路作為參考信號；b.利用第二定向耦合器將調制后的啁啾光脈沖與參考信號進行干涉，再分兩路輸出，每一路輸出信號經過色散時間拉伸后再輸出；c.對步驟b中輸出的信號進行平衡探測，再用電子模數轉換器完成模數轉換。2.根據權利要求1所述的一種改善微波信號時間拉伸線性度的方法，其特征在于，步驟b的具體方法為：第二定向耦合器的第一個輸出端輸出信號經過色散介質后，拉伸倍數M為M＝(D1+D2)/D1，其中，D1為步驟a中色散效應采用色散介質的總色散量，D2為步驟b中色散介質的總色散量；另一個輸出端輸出信號經過相同的色散介質后輸出，這兩路輸出信號具有相關特性。3.一種改善微波信號時間拉伸線性度的裝置，其特征在于，包括：鎖模激光器(1)、第一色散介質(2)、第一定向耦合器(3)、第二定向耦合器(5)、雙平行調制器(4)、第一環形器(6)、第二環形器(7)、第二色散介質(8)、平衡探測器(9)、電子模數轉換器(10)；所述鎖模激光器(1)的輸出端依...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張旨遙，彭迪，楊帆，馬陽雪，高源，
申請(專利權)人：成都卓力致遠科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51