基于時間拉伸的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉換系統(tǒng)的設計及實現(xiàn).pdf

1、模數(shù)轉換器(ADC)是現(xiàn)代數(shù)字處理技術(DSP）的核心器件，在高速通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、醫(yī)學生物成像系統(tǒng)和先進實驗室設備等領域具有重要應用。然而，電ADC的采樣率和模擬帶寬受限于采樣時鐘抖動、采樣保持電路建立時間、比較器模糊等因素。近年來，諸多基于光子學方法的模數(shù)轉換器（PADC）先后被提出，與電ADC相比，它具有較低采樣時鐘抖動、高穩(wěn)定、大帶寬等優(yōu)點?；跁r間拉伸的光子模數(shù)轉換（PTS-ADC）系統(tǒng)是PADC中的一種，雖然有效比特位（E

2、NOB）受限于較大的傳輸損耗，相比于其他PADC系統(tǒng)略低，但可實現(xiàn)超高采樣率和超寬模擬帶寬。本文的研究重點是基于時間拉伸的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉換系統(tǒng)，包括：數(shù)字域濾波算法研究、光纖非線性效應對系統(tǒng)性能影響、基于自相位調制效應的瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)以及PTS-ADC系統(tǒng)樣機設計與性能測試。本文的主要內容包括以下幾個方面：
　　首先，本文對PTS-ADC系統(tǒng)鏈路進行數(shù)學建模分析及仿真。重點研究了數(shù)字域濾波算法有效去除頻譜非均勻性導致

3、的模擬信號幅度失真，利用該算法在實驗上得到了拉伸倍數(shù)為8.2、采樣率200GSa/s、最大模擬帶寬65GHz、信噪比24.2dB，有效比特位3.73的瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)。緊接著，介紹了瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)樣機基本架構、版圖設計以及樣機的實物圖和實驗測試結果分析。
　　接下來，本文從理論推導、數(shù)值仿真和實驗驗證三個方面綜合分析了光纖中非線性效應對系統(tǒng)性能的影響，包括：系統(tǒng)功率傳輸函數(shù)、載波與諧波功率比（CIR）。結果表

4、明：第一段色散光纖中的非線性效應不會使得被采樣模擬信號失真，相反地會提高系統(tǒng)帶寬和CIR；而第二段色散光纖中的非線性效應則會惡化系統(tǒng)性能，應予以避免。
　　最后，本文還提出了基于自相位調制效應的瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)，其主要原理是通過利用色散光纖中的自相位效應促進色散效應對光脈沖時域和頻譜的展寬，不僅減少色散光纖長度，還可提高系統(tǒng)信噪比（SNR）和ENOB?；谧韵辔徽{制效應的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，所需總色散量由-2790ps/