基于高重频低抖动采样源的高精度光模数转换技术研究

This project would like to investigate high-frequency, high-bandwidth, high precision band-pass sampling photonics analog-to-digital conversion(ADC), to satisfy the demand of future military use electronic information system. This project aims to solve three existing problems of current band-pass ADC: (1)the trade-off of high repetition rate and low timing jitter of sampling source, this project will investigate when building high repetition rate mode-locked lasers, the fundamental problem between pulse shaping and timing jitter, construct high repetition rate, low timing jitter passive mode-locked fiber laser, and solve the above mentioned trade off; (2)high nonlinear spurious resulted by electro-optic and optical-electric conversion, this project will investigate the mechanism of amplitude modulation to phase modulation conversion of optical link,by adopting bandpass pass sampling link dynamic range improvement technique; (3)the high noise and spurious problem results by high bandwidth folding, this project will investigate the frequency selective mechanism of high bandwidth band-pass sampling, by restraining the spurious and noise outside the sampling bandwidth,and finally increase the effective number of bits (ENOB) of photonics ADcs. This project will lead to 8 high impact IEEE or OSA international journal papers (impact factor>2) and satisfy the high frequency, high bandwidth, high precision ADC requirement of future military use electronic information system.

项目拟研究高频宽带、高性能的带通采样光ADC，满足未来军用电子信息系统对一体化接收通道的需求。解决当前带通采样ADC的三个难题：（1）采样源的高频宽带与低时间抖动的矛盾问题：项目拟深入研究高重频下，脉冲整形与时间抖动形成机理，搭建高重复频率低时间抖动被动锁模光纤激光器，突破宽带工作环境下时间抖动的限制；（2）电光—光电转换过程的高非线性杂散问题：项目拟深入研究光链路幅度调制到相位调制的转换机理，采用带通采样光链路动态范围提升技术，突破传统光模数转换“高噪声”和“高非线性杂散”挑战；（3）大工作带宽下频谱折叠造成的高噪声和杂散问题：项目拟深入研究超宽带欠采样的频率选择性机制，采用兼容带通采样的带外干扰和噪声抑制技术，实现有效采样位数的提升。该项目预期发表影响因子大于2的IEEE和OSA期刊论文8篇，满足未来军用电子信息系统的高频段、大带宽、高精度的模数转换需求。

模数转换技术是现代社会实现信息化的基础。光采样电量化模数转换器由于同时拥有光采样的优异性能以及电量化编码的成熟技术，一直是当前研究的热门方向。其中基于时分复用技术的时间交织光模数转换器能够在保证采样端高采样速度的前提下，尽可能降低对后端电量化系统的性能需求，因此备受瞩目。基于上述研究背景，项目首先开展了高重频低时间抖动锁模光纤激光器研究。在高重频下，对脉冲整形与时间抖动形成机理进行了研究，搭建了高重复频率低时间抖动被动锁模光纤激光器。此外，为了保证激光器的稳定性，提出了采用非线性光学环形镜的锁模方法，采用全保偏光纤的设计，使得激光器的稳定性得到大大提升，实现了激光器的长时间稳定工作。面对传统光模数转换“高噪声”和“高非线性杂散”的问题，项目对光模数转换系统进行了理论分析和仿真研究。通过仿真，首先得到脉宽为9.4ps重复频率为10GHz的脉冲源。在采用上述光脉冲源的条件下，在输出端得到了共四通道每通道重复频率为2.5GHz的结果以及10GS/s的系统采样率，并对系统的噪声系数的影响因素进行了分析。最后，对光模数转换系统进行实验搭建并进行系统测试。针对时域多路分解和复用问题，采用基于时域开关阵列的时分解复用技术，将单路高速采样脉冲信号分解为4路较低速的采样信号，信道间延迟可以精确控制、提高了采样精度；最终搭建了高性能光ADC测试系统，得到了每通道重复频率为5GHz的双通道采样输出结果以及每通道重复频率为2.5GHz的四通道采样输出结果，其系统采样率为10GS/s，系统信噪比可达30dB以上。项目研究的高频宽带、高性能的带通采样光模数转换系统，有潜力满足未来军用电子信息系统的高频段、大带宽、高精度的模数转换需求。