基于孤子自频移的全光ADC基础研究

摘要

模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）在高速宽带通信系统、远距离高精度雷达、医学成像、图像处理等领域有着广泛应用。全光ADC从根本上杜绝了电子ADC“电子瓶颈”的问题，也减少了电、光信号之间相互转换所引入的噪声，此外，与电子ADC相比，全光ADC具有采样速率高、模拟带宽大的优势。因此，研究高性能的全光ADC具有重要科学意义和应用价值。本文对基于孤子自频移的全光ADC进行了详细的研究，重点围绕高精度光学量化和快速光学编码展开研究工作。论文的主要研究内容如下： （1）研究孤子自频移理论，并将其用于全光量化。建立基于孤子自频移全光量化的物理模型，对系统进行仿真，并对具有不同非线性系数的高非线性光纤的孤子自频移效果进行了对比。为了提高量化精度，利用基于“单模光纤-高非线性光纤”的光纤结构对自频移后的光脉冲进行光谱压缩，并通过仿真和实验进行验证。研究表明：当脉冲内啁啾完全补偿时，脉冲达到最佳压缩效果，从而使量化精度提高。 （2）研究了一种三级双向“单模光纤-高非线性光纤”周期梳状分布式光纤结构用于光谱压缩，并通过实验对其压缩效果进行验证。在实验中获得11.58倍的总压缩倍数和5.99 bits的量化精度，相比于压缩前，量化精度提高了2.25 bits，该结构在显著降低系统复杂度的同时大幅度地提高了量化精度。并对多级光谱压缩结构进行研究，结果表明：多级光谱压缩存在压缩饱和现象，不能通过无限制地增加压缩结构的级数来提高系统量化精度。 （3）提出一种基于多个并行 Sagnac 环滤波器的光学编码新方法，该方法具有结构简单、工作波长范围大和编码位数高的优势。将其用于孤子自频移全光ADC的光学编码。通过仿真在108.8 nm波长范围内实现了5 bits编码，通过实验在50 nm波长范围内实现了3 bits编码，相比于可编程滤波器，工作波长范围提高了5倍。

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