微环积分器在∑-△型光模数转换器中的应用

摘要

采用光学模数转换技术已经成为高转换速率、高比特精度模数转换器(ADC)的发展趋势。∑-△型光ADC作为一种光学ADC，具有转换精度高和模拟电路简单等显著优点。光微环谐振器凭借其强大的光信号处理能力，且具有工艺简单、易于集成等优点，被认为是未来大规模集成光子回路的基础性元器件。本文利用光微环谐振器来实现∑-△型光ADC中的积分功能，是一种很有前景的方案。
　　本文在国家自然科学基金项目“超高采样偏振不敏感宽带全光模数转换技术的研究”资助下，围绕着∑-△型光ADC系统进行了理论研究和仿真工作。分别对∑-△型光ADC和光微环谐振器进行了研究，在此基础上，利用光微环谐振器来实现∑-△型光ADC的积分功能。主要研究重点是推出了光微环谐振器线性累加的条件，指出了在振幅马赫.曾德耳干涉仪(MZI)的调制中心区域可实现输出光脉冲振幅与模拟电压信号的线性关系，在∑-△型光ADC的系统结构中增加了相位调制模块，对整个系统的信号波形图进行了仿真分析，最后对任意波形模拟输入信号的模数转换进行了仿真分析。
　　本文完成的主要工作如下：
　　1)深入调研了∑-△型电ADC的发展局限和∑-△型光ADC的研究进展，阐述了∑-△型光ADC的研究背景和研究意义。
　　2)简要介绍了∑-△型光ADC的基本原理、关键技术和性能指标，重点研究了∑-△调制器中的积分原理及其传输函数，介绍了光学积分器实现的主要方法。并推导了∑-△型电ADC的信号波形图。
　　3)简要介绍了光微环谐振器的基本原理，重点研究和推导了其传递函数和积分特性，推导出了在光微环谐振器中光信号实现线性累加的条件，通过理论分析得出光微环谐振器具有积分功能。
　　4)详细阐述了∑-△型光ADC的系统结构，并对系统的各个组成部分包括激光脉冲的产生、方向MZI和振幅MZI的调制、光微环谐振器中光的线性累加分别进行了仿真分析。指出了在振幅MZI的调制中心区域可实现输出光脉冲振幅与模拟电压信号的线性关系，并在∑-△型光ADC的系统结构增加了相位调制模块。接着，对∑-△型光ADC的信号波形图和对任意波形模拟输入信号的模数转换进行了仿真分析。最后对∑-△型光ADC的信噪比(SNR)进行了研究。
　　对∑-△型光ADC进行了数值分析和理论仿真。仿真结果表明：光微环谐振器能成功实现∑-△型光ADC的积分功能，对光学模数转换具有广泛的潜在应用价值。