用于光学模数转化器的光纤延时线系统及其延时控制方法技术方案

本发明专利技术提出一种用于光学模数转化器的光纤延时线系统及其延时控制方法，属于光电子技术领域。所述光纤延时线系统由N级光纤延时线单元构成，其中第K级光纤延时线单元由2

【技术实现步骤摘要】
用于光学模数转化器的光纤延时线系统及其延时控制方法


[0001]本专利技术属于光电子
，特别提出一种用于光学模数转化器的光纤延时线系统及其延时控制方法。

技术介绍

[0002]光学ADC(光学模数转化器)利用高速超短光脉串冲对信号进行光采样，光采样的速率可以高达数十GHz甚至数百GHz，从而提供一种比电学ADC采样率更高的模拟数字转化方式；同时超短光脉冲的时间抖动可以减少到数十fs，远低于电学ADC的时钟抖动，因此能够克服电学ADC在高采样率下工作时由于较大时间抖动造成的孔径噪声，提供更高的有效比特位数。光采样电量化光学ADC系统是一种最常用的光学ADC架构，图1为一种典型的光采样电量化光学ADC系统的结构示意图。图1中，由一个超短脉冲源发出的高重复频率的光脉冲串与被待转换的电信号一起进入光学ADC系统的马赫
‑
曾德电光调制器中进行调制，调制后的脉冲串幅度上的起伏就代表了待转换电信号的强度变化。被调制的光脉冲串经过一个光解复用器后被分解成低速的、时间交织的若干并行通道。这里的光解复用器可以是时分解复用器，也可以是波分解复用器。对于每一个通道，低速的光脉冲被该通道中的光电探测器转换为电信号，随后该电信号会被该通道中一个电学ADC量化为数字信号，其中每个通道中电学ADC的采样率和较低速率光脉冲的重复速率一致。其中，光学ADC系统通道的数量为2
N
个，N为正整数。每个通道电学ADC的采样率为F Hz，则超短脉冲源的重复速率和光学ADC系统的整体采样率均为为2
N
F Hz。例如在图1中，N＝2，则光学ADC共有4个通道。每个通道电学ADC的采样率为5GHz，则超短脉冲源需要产生重复速率为20GHz的光脉冲串，光学ADC整体的采样率也是20GHz。
[0003]在如图1所示的光学ADC系统中，要求各通道之间的相对时间延迟固定，但光学ADC系统在实施过程中，由于各通道之间通过较长的光纤进行连接，这些光纤无法做到长度精确控制，因此各通道之间的时间延迟难以精确控制，此外由于光纤的传输时间延迟量还受到外部环境温度变化的以及振动的影响，导致不同通道之间的相对延迟量随时间随机漂移，导致光学ADC采样信号的失真。
[0004]目前，针对上述问题的解决方法是在不同通道上放置光纤延时线，如图1所示，在光解复用器的输出到每个通道的光电探测器输入之间分别放置一个光纤延时线以解决对应通道的延迟控制问题，利用反馈信号驱动电机控制光纤延时线的相对长度，能够补偿各个通道光纤长度的差异，并且实时动态调整各路延时的相对变化，从而能够补偿不同通道相对延时量由于环境温度变化及振动导致的随机飘移的问题。
[0005]图2给出了应用于如图1所示的光学ADC系统的一种已有的光纤延时线的结构示意图。如图2所示，在长方体外形的支架1上通过加工(材料去除)获得沿信号传输方向平行布设2个相同大小的槽位20，该槽位的长度小于支架的长度。在槽位20上安装一个丝杠6，丝杠6穿过整个支架1，其两端分别固定在轴承上，丝杠6将独立带动一个滑动平台13在槽位20上平行滑动。滑动平台13上固定有一个输出准直透镜固定器12，输出准直透镜固定器12上固
定有一个输出准直透镜11，输出准直透镜11的输出端连接一根输出光纤10(其中光纤和透镜之间的相对位置需要事先调整好)。在支架1上槽位20外信号输入的一端固定有一个输入准直透镜固定器9，输入准直透镜9的输入端连接一根输入光纤7(其中光纤和透镜之间的相对位置需要事先调整好)。该光纤延时线的作用是把光从一根输入光纤7通过一个输入准直透镜8转变为在自由空间传播的平行光束，并通过输出准直透镜11再次耦合进入输出光纤10；由于丝杠6带动滑动平台13的平移改变了输入准直透镜8和输出准直透镜11之间的空间距离，因此输入光纤7和输出光纤10之间光传播的距离发生了变化，也导致了输入光纤7和输出光纤10之间传输光信号的延时量的变化。假设输入准直透镜8与输出准直透镜11之间的距离为ΔL,光速为c，则输入光纤7与输出光纤10之间延时量的变化量为Δt＝ΔL/c。在图2中，在丝杠6位于长方体外形的支架1外部且靠近输入光纤10的一端安装一个驱动齿轮2用来带动丝杠6，当驱动齿轮2旋转时，通过丝杠6把旋转运动转化为滑动平台13的平移运动。
[0006]通常会通过一个外部的电机来驱动图2中的驱动齿轮2。由于延时线控制的精度取决于电机的最小旋转角度以及丝杠的螺距，在丝杠螺距固定的条件下，为获得更高的控制精度，往往需要采用步进角度更高精度的电机或者电机减速器，但这样会增加系统的造价和体积，此外电机的精度越高，移动的速度越慢，有可能导致电机控制速度跟不上外部环境变化的速度，从而导致控制失效。
[0007]在如图1所示的光学ADC系统中，需要动态调整每个单通道光纤延时线的延时，这种调整方式控制变量较多，控制方式复杂，协同控制难度大，不易实现光学ADC系统各通道之间相对延时的精确高速的控制。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种用于光学模数转化器的光纤延时线系统及其延时控制方法。本专利技术基于光学ADC系统中通道间相对延时精度要求高的特点，提供了一种适用于光学ADC系统的光纤延时线系统以及基于该光纤延时线系统的延时控制方法，通过设计包含多级光纤延时线单元的级联结构，能够高速、低成本、有效地实现光学ADC各通道之间相对延时的精确控制。
[0009]本专利技术实施例提出一种用于光学模数转化器的光纤延时线系统，应用于包含2
N
个通道的光学ADC系统，所述光纤延时线系统由N级光纤延时线单元构成，其中第K级光纤延时线单元由2
N
‑
k
个相同的第K级光纤延时线构成，每个第K级光纤延时线包含2
K
根输入光纤和2
K
根输出光纤；第K级光纤延时线单元中每两个第K级光纤延时线的2
K
根输出光纤分别连接第K+1级光纤延时线单元中对应的一个第K+1级光纤延时线的2
K+1
根输入光纤；所述第K级光纤延时线用于将该第K级光纤延时线的2
K
对输入光纤和输出光纤分成数量相等的两组，控制每组的2
K
‑1对输入光纤和输出光纤之间的相对延时量保持一致并实现对该两组之间的相对延时量的调整。
[0010]在本专利技术的一个具体实施例中，所述光纤延时线系统中第1级光纤延时线的每根输入光纤的输入端分别连接所述光学ADC系统中光解复用器的1个光纤输出端口，第N级光纤延时线的2
N
根输出光纤的输出端分别连接所述光学ADC系统的2
N
个光电探测器的输入端。
[0011]在本专利技术的一个具体实施例中，所述第K级光纤延时线包含一个长方体支架，在长
方体支架上沿信号传输方向平行布设2个相同大小的槽位；在每个槽位上分别安装一个丝杠，该丝杠沿槽位方向穿过所述支架，每个丝杠独立带动一个滑动平台在槽位上平行滑动；在每个丝杠位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光学模数转化器的光纤延时线系统，应用于包含2
N
个通道的光学ADC系统，其特征在于，所述光纤延时线系统由N级光纤延时线单元构成，其中第K级光纤延时线单元由2
N
‑
k
个相同的第K级光纤延时线构成，每个第K级光纤延时线包含2
K
根输入光纤和2
K
根输出光纤；第K级光纤延时线单元中每两个第K级光纤延时线的2
K
根输出光纤分别连接第K+1级光纤延时线单元中对应的一个第K+1级光纤延时线的2
K+1
根输入光纤；所述第K级光纤延时线用于将该第K级光纤延时线的2
K
对输入光纤和输出光纤分成数量相等的两组，控制每组的2
K
‑1对输入光纤和输出光纤之间的相对延时量保持一致并实现对该两组之间的相对延时量的调整。2.根据权利要求1所述的光纤延时线系统，其特征在于，所述光纤延时线系统中第1级光纤延时线的每根输入光纤的输入端分别连接所述光学ADC系统中光解复用器的1个光纤输出端口，第N级光纤延时线的2
N
根输出光纤的输出端分别连接所述光学ADC系统的2
N
个光电探测器的输入端。3.根据权利要求2所述的光纤延时线系统，其特征在于，所述第K级光纤延时线包含一个长方体支架，在长方体支架上沿信号传输方向平行布设2个相同大小的槽位；在每个槽位上分别安装一个丝杠，该丝杠沿槽位方向穿过所述支架，每个丝杠独立带动一个滑动平台在槽位上平行滑动；在每个丝杠位于所述支架外部且靠近信号输入的一端上分别安装一个变速齿轮，两个变速齿轮半径不同且同时咬合到一个驱动齿轮上，所述驱动齿轮由外部电机带动旋转并同时带动两个变速齿轮旋转，以实现带动两个槽位中丝杠的同时旋转和滑动平台的同时平移；每个滑动平台上固定有一个输出准直透镜固定器，所述输出准直透镜固定器上沿垂直信号传输方向布设2
K
‑1个输出准直透镜，每个输出准直透镜的输出端连接对应的一根输出光纤；在所述支架上每个槽位靠近信号输入一端的外部固定有一个输入准直透镜固定器，所述输入准直透镜固定器上沿垂直信号传输方向布设2
K
‑1个输入准直透镜，每个输入准直透镜的输入端连接对应的一根输入光纤。4.根据权利要求3所述的光纤延时线系统，其特征在于，所述输入准直透镜固定器和所述输出准直透镜固定器沿信号传输方向的长度分别大于对应透镜的焦距。5.根据权利要求3所述的光纤延时线系统，其特征在于，所述输出准直透镜固定在所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍力，娄采云，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：