专利摘要

采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置，本发明涉及一种高分辨可重构光学模数转换方法和装置，包括脉冲激光器、可重构重复频率倍增模块、电光信号采样模块、可重构信号量化及重建模块。本发明采用具有高稳定性的被动锁模脉冲激光器作为系统光时钟，使用基于多通道复用技术的重频倍增模块，有效地获取高速率光时钟信号。本发明中通过其中的开关装置改变重频倍增模块以及后端并行光电转换、量化模块中的通道数，实现了光采样率倍增数按2的幂次的可重构性，其延时和幅度匹配一经标定，无须再次调节，并由开关装置的快速响应保证了系统在工作状态之间的切换速度。此外，本发明通过超宽带电光调制器(或电光采样门)，实现对电信号的高速率光采样，并通过并行光电转换、并行电量化和并行数据处理，最终实现高速率的光学模数转换。

权利要求

1.一种采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置，其特征在于，包括依次连接的脉冲激光器(1)、可重构重复频率倍增模块(2)、电光信号采样模块(3)和可重构信号量化及重建模块(4)，以及分别与所述的可重构重复频率倍增模块(2)、可重构信号量化及重建模块(4)相连的工作状态控制模块(5)。

2.根据权利要求1所述的采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置，其特征在于，所述的可重构重复频率倍增模块(2)包括一个1×2^N通道的第一复用器(2-1)，该第一复用器(2-1)的各输出端分别经第一开关装置(2-2)和通道匹配模块(2-3)与一个2^N×1通道的解复用器(2-4)的各输入端连接；

所述的电光信号采样模块(3)为电光调制器(3-1)，该电光调制器(3-1)的输入端与所述的解复用器(2-4)的输出端相连；

所述的可重构信号量化及重建模块(4)包括一个1×2^N通道的第二复用器(4-1)，该第二复用器(4-1)的输入端与电光调制器(3-1)的输出端相连，该二复用器(4-1)的各输出端分别经第二开关装置(4-2)、光电探测器(4-3)和电模数转换器(EADC)(4-4)与数据处理单元(4-5)的各输入端相连；

所述的工作状态控制模块(5)分别与所述的第一开关装置(2-2)和第二开关装置(4-2)相连。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光信息处理技术领域，具体是一种采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置。

背景技术

光学模数转换技术(PADC)利用光子学的高速、宽带的特点实现对高速信号的采集和处理，具有高采样率、大带宽、无电子瓶颈以及便于并行处理等优点，是一种实现超高速模数转换系统的有效途径。目前已提出多种光模数转换技术方案，包括光学辅助的模数转换器、光采样电量化的模数转换器，电采样光量化的模数转换器，及全光模数转换器。其中，光采样电量化的模数转换器能同时利用光子学的大带宽、高精度以及成熟的电量化技术等优点，成为目前光电子领域的一大研究热门。目前，其两个主要发展方向分别是超高采样率与超高精度。对于前者，为得到超高采样率，光采样电量化的模数转换器一般采取多通道化复用技术，如基于波分复用的方案(T.R.Clark,J.U.KangandR.D.Esman,“Performanceofatimeandwavelengthinterleavedphotonicsamplerforanalog-digitalconversion,”IEEEPhoton.Tech.Lett.,vol.11,1168～1169,1999)，和基于时分复用技术的方案(A.YarivandR.G.M.P.Koumansetal.,“Timeinterleavedopticalsamplingforultra-highspeedA/Dconversion,”ElectronicsLetters,34(21):2012-2013,1998)。基于多通道复用的光模数转换方案的性能很大程度上取决于通道匹配程度，因此通道匹配的标定非常重要(邹卫文，杨光，张华杰，陈建平.超高速光采样时钟的多通道失配测量方法及测量补偿装置:中国,CN201410567490.3,2014)。

然而在另一方面，实际应用当中对于不同频段的模拟输入信号，一般需要不同采样率的模数转换器，传统的模数转换装置均为固定采样频率，对于过高或过低的输入频率容易造成性能不足或性能浪费，这就对光模数转换中光采样率的可重构性提出了要求。在多通道复用的模数转换方案中，为实现光采样率的可重构性，一般会通过改变复用通道数来改变重频倍增数，进而改变总光采样率。然而，复用通道数的改变往往会导致通道匹配的破坏，对通道进行重新标定和匹配又会造成重构响应速率的下降。因此，为了保证光模数转换系统的性能及重构响应速率，需要提出一种在不破坏通道匹配精度的前提下实现采样率可重构的光模数转换方案。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置，采用具有高稳定性的被动锁模脉冲激光器作为系统光时钟，使用基于多通道复用技术的重频倍增模块，有效地获取高速率光时钟信号。该装置中通过其中的开关装置改变重频倍增模块以及后端并行光电转换、量化模块中的通道数，实现了光采样率倍增数按2^k,其中k＝0,1,2,…,N的可重构性，其延时和幅度匹配一经标定，无须再次调节，在通道切换时保障了通道匹配精度不变，并由开关装置的快速响应保证了系统在工作状态之间的切换速度。此外，该装置通过超宽带电光调制器(或电光采样门)，实现对电信号的高速率光采样，并通过并行光电转换、并行电量化和并行数据处理，最终实现高速率的光学模数转换。

本发明的技术方案如下：

所述的高速率脉冲激光器用于产生具有高稳定性的光采样时钟，可采用但不限于被动锁模光纤激光器以及多激光器合成等方法实现。

所述的可重构重复频率倍增模块用于产生多通道但时间按照规定间隔的光采样时钟，其实现方式包括但不限于波分解复用技术和时分复用技术。该模块在复用通道中接入开关装置，可通过开关装置状态控制波分复用通道数目，进一步实现光采样率的可重构。

所述的电光信号采样模块利用大带宽电光调制器实现对高速电信号的采样，电光采样门输出为携带被采样信号信息的光脉冲序列，可以为幅度调制，也可以为相位调制等电光采样方式。

所述的可重构信号量化及重建模块包括可重构解复用模块，可重构并行光电转换模块、可重构并行电量化模块以及可重构并行数据处理模块。

所述的可重构解复用模块在通道中接入开关装置，其工作状态与时钟产生模块对应通道保持一致。

所述的开关装置用于控制系统复用通道数，其接入位置和实现方式不限于可重构重复频率倍增模块、可重构解复用模块中通过光开关实现，以及可重构并行电量化模块、可重构并行数据处理模块中通过电子电路和计算机软件实现。

所述的可重构并行光电转换模块包含多个输入通道，每个输入通道上都有一个光电探测器(PD)，用于将光信号转换成电信号。

所述的光电探测器可以采用但不限于PIN管或APD管。

所述的可重构并行电量化模块包含与可重构并行光电转换模块一样的通道数，每一个输入通道对应解复用模块的一个输出通道。每个并行电量化模块的输入通道上都有一个电模数转换器(EADC)，用于将模拟信号量化成数字信号。

所述的可重构并行数据处理模块包含与可重构并行光电转换模块通道数相同的输入端口，所有端口中的数据最终输入数据处理单元，用于将多路电ADC输入校正和复合成最终的数字信号。

所述的数据处理单元可以采用但不限于FPGA或者DSP。

所述的工作状态控制模块通过控制开关装置状态对系统中波分复用通道数进行控制，进一步控制其系统光采样率，其实现方式包括但不限于模拟信号处理电路、数字信号处理器或计算机软件。

基于以上技术特点，本发明具有以下优点：

1、基于多通道复用技术，通过光脉冲复用通道数的可重构性实现光采样率的可重构。

2、采用具有快速响应特性的开关装置对系统工作状态进行控制，保证了不同工作状态之间切换的响应速度。

3、其延时和幅度匹配一经标定，无须再次调节，确保了通道匹配的精度在通道切换过程中保持不变。

附图说明

图1为本发明的一个实施例图

图2为N＝3时可重构并行波分复用电光采样信号示意图

图3为通道数重构后匹配精度保持一致的示意图，a为通道数为2²＝4时的信号频谱示意图。b为通道数为2³＝8时的信号频谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的一个具体实施例子。本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例中如图1所示，脉冲激光器1采用被动锁模激光器，其输出重复频率为f₀＝1/T的光采样时钟6。在可重构重复频率倍增模块2中，激光器产生的光时钟的光谱7经过一个2^N通道的第一复用器2-1后，生成2^N路具有相同采样率f₀的光采样时钟。每个通道中接入第一开关装置2-2并通过工作状态控制模块5控制其状态，实现了通道数按2^k，其中k＝0,1,2,…,N的可重构性。每一路输出经过对应的通道匹配模块2-3后，共同进入一个解复用器2-4。解复用器2-4有2^N个与不同通道采样时钟一一对应的输出端口，此时通道数2^k,k＝0,1,2,…,N的可重构、采样率均为f₀的光采样时钟合并成1路串行、采样率为2^kf₀,k＝0,1,2,…,N可重构的高速光采样时钟7。可重构的高速光采样时钟7的重构机理如图2所示，2^N个匹配好的通道通过第一开关装置2-2关闭偶数号通道得到2^N-1个匹配通道，总采样率降为2^N-1f₀，以此类推，最终可实现采样率为2^kf₀,其中k＝0,1,2,…,N可重构的高速光采样时钟7。

光采样时钟7作为载波进入电光信号采样模块3中，被采样信号3-2通过一个电光调制器3-1加载到载波上如图3(a)所示。然后电调制器3-1输出的电光采样脉冲序列进入可重构信号量化及重建模块4中。电光采样脉冲序列需要先通过第二复用器4-1，第二复用器4-1的通道数为2^N个，与光采样时钟中的通道数相同，并同样在每个通道中接入第二开关装置4-2。在工作状态控制模块5的控制下，将第二开关装置4-2与第一开关装置2-2的状态设置为相同，从而将图3(b)所示的已电光采样的光脉冲序列解复用成每一路采样率为f₀，通道数为2^k,其中k＝0,1,2,…,N的并行脉冲序列。而后通过可重构并行光电转换模块4-3中的PD转换为电信号，再经过可重构并行电量化4-4中采样率为f₀的电ADC量化为数字信号。最终，所有量化结果均进入并行可重构并行数据处理模块4-5中进行数据处理和复合，得到被采样信号的数字化结果。

在上述过程中，通过具有高稳定性的被动锁模激光器提供光时钟，通过基于通道复用的重复频率倍增技术，有效地确保系统达到较高的总采样率。系统采用具有高带宽的电光调制器，采用波长多通道化技术，确保了高带宽、高精度电光采样的实现。系统通过开关装置控制重频倍增倍数，实现了光采样率倍增数按2^k,k＝0,1,2,…,N的可重构性，其延时和幅度匹配一经标定，无须再次调节，并由开关装置的快速响应保证了系统在工作状态之间的切换速度。本系统通过本发明可广泛用于超宽带雷达、瞬态信号检测、对抗、高能物理等领域的高速宽带信号采集与处理等领域。

采样率按2的任意幂次可重构的光学模数转换装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。