时间交织光子采样与滤波特性研究

摘要

光模数转换技术结合了光子学与传统的电模数转换技术，为高速、高带宽的数字信号处理的发展提供了非常关键的核心方案；该方案充分利用了光子学的优点，在处理宽带信号、远距离、抗干扰传输等方面有着显著的优势。
　　与此同时微波光子学作为研究微波信号和光信号之间共同作用的一门新兴学科，也为光纤通信技术向微波频段的拓展提供了解决方案。微波光子滤波器的应用，不仅具有光子学的多方面优势（低损耗、高带宽、抗电磁干扰等等），还具有可重构以及可调谐等功能。
　　本文研究一种时间交织光子采样与滤波方案。该方案在时间交织光模数转换系统结构上，通过对光采样脉冲时域外形的控制实现系统的频响可控性，从而同时实现微波光子采样和滤波。本文从理论和实验验证两方面展开了进一步的研究工作。
　　首先，阐述了时间交织光采样数字滤波系统的基本原理以及结构。通过对系统工作过程的理论推导，建立了系统理论模型，阐明了系统的工作原理。在此基础上，进行了系统仿真，验证了原理和方案的正确性。同时，分析了光脉冲特性（脉宽、重复率）以及系统后端电处理模块带宽对系统频响的影响，为不同滤波器的设计和优化提供了基础。
　　然后，提出了一种基于光时分复用（OTDM）的时间交织光子采样与滤波实现方案。通过OTDM倍增模块控制脉冲时延，实现了光脉冲簇，基于对脉冲簇中各脉冲幅度的调节实现滤波器抽头系数的数字化，从而同时实现光子采样和数字滤波。搭建了基于16路OTDM的实验系统，通过幅度调节控制脉冲簇的时域外形，实验分别演示了等波纹、矩形和Blackman三种类型的数字滤波功能，同时演示了通带和阻带不同的等波纹滤波器。实验验证了通过控制脉冲簇的时域外形实现不同频率响应的微波光子滤波的可行性。
　　最后，搭建了一个128GS/s的时间波长交织光采样实验系统，给出了详细的制作步骤和测试结果。该系统通过级联32倍OTDM以及16通道WDM，将250MHz的脉冲激光源进行了512倍频，实现了128GS/s的时间波长交织光采样时钟。

目录

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第一章 绪论

1.1引言

1.2光模数转换技术研究现状

1.3微波光子滤波器研究现状

1.4本文主要工作

第二章 时间交织光子采样与滤波理论基础

2.1基本原理

2.2数字式光子滤波设计方法

2.3性能分析

2.4本章小结

第三章 时间交织光采样与滤波实验研究

3.1基于OTDM的时间交织光采样与滤波方案

3.2实验系统搭建

3.3实验结果与分析

3.4本章小结

第四章 高速时间波长交织光子采样实验系统

4.1系统结构

4.2实验系统搭建

4.3系统测试

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文主要工作

5.2前景展望

参考文献

致谢

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