使用 TDM 开关波长采样源对时间连续信号进行光子模数转换

使用 TDM 开关波长采样源对时间连续信号进行光子模数转换

一、Photonic Analog-to-Digital Conversion of Time-Continuous Signals using a TDM Switching-Wavelength Sampling Source(论文文献综述)

何红霞[1](2021)在《微波光子模数转换关键技术研究》文中研究指明高速高精度模数转换器是许多现代信息系统不可或缺的组成部分,尤其是对于性能要求较高的超宽带应用,如军用雷达、宽带无线接入网络、生物医学成像和光通信等。然而,传统电子模数转换器存在所谓的“电子瓶颈”,在带宽和时间抖动等方面受到较为严重的限制。在此背景下,使用具有超高带宽、超低损耗以及抗电磁干扰等优势的微波光子技术来提升模数转换系统的性能,是一项具有重大学术价值和应用价值的研究课题。论文首先从模数转换技术的研究背景出发,介绍了四类典型的光子模数转换方案的基本原理和发展状况。针对现有技术存在的问题,本文提出并验证了一些新型的实现结构和改进方案。在移相光量化技术方面,分析了系统存在的比特精度较低和阈值判决误差问题,针对这两个问题,分别提出并实验验证了两种改进方案,还通过仿真研究偏置漂移对系统性能的影响。提出并实验验证了一种全新的光子flash ADC串行方案,讨论了方案的性能改进,非均匀量化的实现,以及适用于大信号输入的实现方案。另外,提出了基于相位调制的光子时间拉伸系统并详细分析了系统的各项特性,仿真和实验均验证了理论模型的正确性。论文的主要创新点如下:(1)针对移相光量化系统存在的比特精度较低和阈值判决误差这两个问题,分别提出了基于线性组合原理的改进方案和基于平衡探测的自适应阈值判决方案,得到实验验证。基于线性组合原理的改进方案将移相光量化系统的输出信号通过电路模块进行线性组合,以此增加量化通道的数量,从而以较小的代价提高系统的标称比特精度。自适应阈值判决方案利用双输出调制器和平衡探测器将移相光量化系统的阈值始终保持在零电压,从而避免由采样脉冲光功率抖动引起的阈值判决误差。通过自适应和非自适应两种阈值判决方案的对比实验,验证了自适应阈值判决提高系统比特精度的有效性。(2)首次提出一种全新的光子flashADC方案,在光域实现串行结构的模数转换,可大幅降低系统的复杂度,并得到实验验证。该方案利用多波长脉冲采样和光纤的群速度色散效应,在大大减少比较器使用数量的同时还可以实现非均匀量化。提出并仿真验证了适用于大信号输入且结构更为简化的方案,通过合理设置多波长脉冲的功率比,可应对调制非线性对量化过程的影响。针对简化方案比特精度低且采样脉冲最大-最小功率比大的问题,提出了一种基于双输出调制器的改进方案。(3)提出一种基于相位调制的光子时间拉伸系统,相比于基于幅度调制的时间拉伸系统,极大地简化了系统结构且具有更高的稳定性。由于具有亚倍频程的带宽,该系统可以避开二阶非线性杂散的影响。根据严格的数学分析推导出了系统输出的所有频率分量,并通过仿真和实验验证理论分析的正确性。针对色散引起的功率衰落问题,提出了一种同时采用相位调制器和推挽强度调制器的双通道PTS系统,以克服功率衰落导致的系统带宽受限问题。

夏旭承[2](2021)在《高速多通道光纤光栅传感解调关键技术研究》文中提出物联网技术作为推动人类社会迈向智慧型社会的重要力量,得到了充足的发展,其中尤以作为物联网感知重要手段的传感器为甚,其发展日新月异。光纤光栅传感器是一种新型传感器,具有无源,电绝缘及强抗电磁特性,突破了传统电子类传感器的应用场景限制,给物联网的发展带来更多的可能。但在航空航天、工业测量等高速动态领域,一要实现高频传感信息的高速解调,二要实现物理量的多点监测。传统的光纤光栅解调仪器由于解调频率的局限性,在动态测量领域未能充分发挥光纤光栅传感器的优点,而大多数能高速解调的系统往往价格昂贵且对环境变化敏感,无法满足监测需求。针对以上情况,本文开展了高速多通道传感解调技术的研究,实现了传感解调系统,对于进一步促进光纤传感在高频领域的应用具有重要的意义。本文的主要研究内容如下:1.从总体上设计了高速多通道光纤光栅传感解调系统,将本系统分为下位机硬件系统和上位机软件,实现了两者之间的通信与数据传输,并对光学器件进行选型。然后围绕高速和多通道两个方面,研究了传感解调系统的关键技术,提出了基于质心算法改进的寻峰算法,再通过温度补偿消除波长漂移并实现了多通道采集,最后优化了波长数据持久化的性能。2.设计并完成了光纤光栅解调系统的上位机软件。根据软件开发流程,上位机软件的开发分为了需求分析、方案设计、详细实现、系统测试四个阶段。该软件实现了传感解调系统的初始化、波长解调、波长信息显示、波长数据持久化等方面功能。3.光纤光栅解调系统的性能测试。通过温度控制实验分析了解调系统的波长精度为±2pm,波长稳定性为±1pm,解调波长线性度可达0.99994。通过振动实验验证了解调系统的动态解调能力且测出解调频率最大可达10kHz。

陈光[3](2021)在《光载射频信号处理若干技术及应用研究》文中研究表明光载射频信号处理是一门涉及射频技术和光子学的新兴交叉研究领域,其包括了光纤通信、无线通信、微波工程、模拟与数字信号处理、光电融合、光电子材料与器件、光载射频通信系统及网络应用等多个方面。光载射频技术的研究初衷是在射频系统中引入强大的光子技术,从而消除电子瓶颈的同时带来诸多优点,如高速率、低损耗、大带宽、小尺寸、低功耗、轻重量、高集成度、优良稳定性、抗电磁干扰、频率响应平坦、易于混合集成等技术优势。因此,通过采用基于光子学的射频信号处理技术可实现以前在电域内很难甚至是无法完成的功能或任务。正是由于这种巨大优势,光载射频通信自上世纪90年代开始研究以来,在信号处理、民用通信、国防军事、航空航天和医疗卫生等领域已得到了广泛的应用,并引起国内外学者的广泛关注。光载射频信号处理关键技术与光载射频通信(RoF)系统应用作为微波光子学两个重要的研究分支,近些年引起了研究者们的极大兴趣,并成为当前微波光子学的研究热点。本论文针对光载射频通信、光纤射频混合接入网络和微波光子雷达等民用和国防军事应用需求,依托国家自然科学基金重大项目等国家级课题,重点对光载射频信号处理关键技术和光载射频通信系统设计应用两方面开展研究工作。本论文的研究内容及创新点如下:一、提出了基于光串联单边带调制和光正交单边带复用的多模态相干光载射频通信系统为了解决多制式射频信号收发和传输面临的需求及挑战,提出一种采用光串联单边带调制(OTSSBM)和光正交单边带频谱复用(OOSSBM)的多模态相干光载射频通信系统方案,并在接收端采用数字信号处理算法辅助的相干检测,对多路相位调制码型信号的混叠信道进行识别和分离,实现了在相干光载射频通信系统中的多速率信号收发、调制解调与传输。(1)设计了相干RoF系统并进行了数值仿真,分析了 RoF系统中光载射频信号的频谱结构,并通过数字信号处理算法在接收端恢复了发射的2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK码型信号,给出了信号发射前和接收后的时域波形图和眼图对比。搭建了光载射频信号发送、传输、接收和处理的多信道高谱效相干光载射频通信实验平台。实验结果表明,对于所提出的不同类型及条件(单信道与双信道;OTSSBM与OOSSBM;40 km单模光纤传输与背靠背系统等)下的复用信号,经40公里单模光纤传输后系统性能良好,均满足误比特率(BER)低于10-9,品质因数达到6以上。(2)分析了采用OTSSBM和OOSSBM时,传输2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK信号,在保持能量效率适中的前提下,两种复用方案各自分别的频谱效率达到了 4.2 bit/s/Hz和4.9 bit/s/Hz,综合利用OTSSBM和OOSSBM两种方案达到7.4 bit/s/Hz。在提高光单载波射频通信系统的频谱效率和信道容量的同时,使用数字信号处理算法辅助的相干检测进行信号解调与恢复,没有增加额外的混叠信道分离硬件或光电器件,简化了系统结构和复杂度。二、设计了基于硅基光电子的相干光载射频通信集成发射模块和接收模块采用级联硅基微环谐振腔(MRR)结构,设计了具有波长选择性的高Q值、超窄带、可调谐的三通带光带通滤波器,并实现了基于MRR的光多载波产生的技术方案;设计了用于调制高速射频信号的硅基双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM);利用所设计的MRR滤波器和DE-MZM等硅基光电子器件,设计了一种发射多路多制式射频信号并提供多类型射频信号接入功能的光载射频信号集成发射机;利用硅基平面光波导设计了混合集成数字相干光接收机,并对所设计的集成发射模块和接收模块的性能做了系统品质因数(Q-factor)和误码率(BER)的验证和测试。(1)利用上下分插型(或称作“上传下载型”)硅基MRR设计了超窄带可调谐光带通滤波器,所设计的单微环谐振滤波器中心波长为1552.52nm,3dB带宽为0.04nm,FSR为10nm,并拥有陡峭的滤波窗口上升沿和下降沿,利用热光效应可调谐滤波通带。通过将三个硅基单微环级联,形成具有波长选择性和可重构性的三通带可调谐窄带光带通滤波器。三个通带的中心波长分别为1550.7 nm,1551 nm和1551.3 nm,其平坦度良好,通道间隔FSR达到10 nm,吸收损耗低于3 dB/cm,每个微环谐振滤波器的精细度Finesse为250,Qtotal达到38750,级联多频带微环谐振滤波器产生多载波光源,其尺寸在毫米级。(2)设计了高速硅基双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM),其带宽达到30 GHz,对于BPSK信号的数据速率接近10 Gbit/s。以三个频带作为光载波分别调制不同频段和类型的射频信号,以BPSK调制码型发射则每路信号达到10 Gbit/s的数据速率。设计了亚微米尺寸硅基波导可调谐光衰减器(VOA),并分析了其特性。设计了双平行双电极马赫-曾德尔调制器,其被用于构成I/Q调制器。将有三个频带的微环谐振滤波器和三个硅基调制器串联后再并联,构成了在三个光载波上调制,同时加载多路不同类型宽带信号(如WiFi,WiMAX等射频信号,或数字信号和模拟信号的任意组合)的光载射频通信集成发射机,整个芯片尺寸为7.8 mm2的毫米量级。(3)为了解决相干光载射频通信系统对于数字相干接收机在集成度、功耗、工作稳定性、灵敏度、响应度波动、相位误差方面的进一步需求,设计了一种基于硅基平面光波导的集成数字相干光接收机前端,并测试了所设计的集成相干接收机前端模块的性能和参数指标。在1520 nm~1620 nm宽波长范围内,相位漂移在±1°,保证了相应端口良好的相位正交性。当温度在-5℃~80℃时,响应度幅度波动在±0.25 dB;相邻光电探测器端口之间的响应度偏差在0.4 dB之内。测试了对于112 Gbit/s PDM-QPSK调制码型信号的接收性能,得到了偏振正交方向X信道和Y信道上清晰且易于判决的星座图,以及品质因数(Q值)和信号光功率(光信噪比)的近似线性对应关系。三、设计基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术方案为了在一个光载射频信号处理系统中实现多项功能,并提高系统集成度及降低成本,对光载射频信号处理的三种核心技术——移相、滤波和倍频进行了综合方案设计。(1)基于双偏振双平行马赫-曾德尔调制器(DP-DPMZM),设计了具有倍频功能的宽带光载射频信号移相器,不仅对射频信号进行2-6倍频调控,且在光域实现了 360°相位控制。仿真验证了其相移范围和倍频效果,相移量与相位调控参量接近线性关系,多倍频与相位控制这两种处理同时进行。分析了消光比的变化、90°混合器的幅度和相位不平衡性对相位漂移、幅度抖动及系统稳定性的影响。(2)借助MZM的单边带(SSB)调制(用于加载射频信号)和半导体光放大器(SOA)的光学非线性效应(慢光效应和相干布居振荡),设计了一种滤波通带(中心波长)和3 dB带宽均可调谐的射频光子滤波器,该滤波器中心波长在15 GHz-20 GHz的频率范围内调节,并具有超过15 GHz的自由频谱范围(FSR),中心波长不同,其FSR不同,最低的FSR亦超过15 GHz。调节SOA的注入电流,实现了其频带和3 dB带宽可调,在SOA驱动电流为420 mA左右时,FSR=15.44 GHz,滤波器通带的3 dB带宽BW3dB=2.45 MHz,品质因数Q-factor>6300(对于单通带滤波器,Q-factor=Finesse=FSR/BW3dB≈6302),滤波器带外抑制比达到41 dB。(3)采用偏振分束器、偏振耦合器与两个SOA构成马赫-曾德尔干涉仪型结构(SOA-MZI),设计了宽带射频光子移相器,数值模拟仿真结果表明:相移的动态范围达到360°、调控精度达到0.1°、相移带宽接近30 GHz,相位变化量与SOA驱动电流呈现良好的线性关系,且依照相移精度对相移量进行连续调节。这些特性均优于传统方案。此外也对所设计的射频光子移相器非线性失真原因做了初步分析。上述三个创新点不仅提升了光载射频通信系统的信道容量、频谱效率和多模态应用,丰富了光载射频信号发射和接入服务的多样性,还提高了系统集成度,降低功耗、减小器件尺寸,增强系统的稳定性和可靠性。实现了对射频信号的相位在光域进行连续精确调控,同时进行倍频和滤波等处理,增强了光载射频信号处理系统的综合功能。本论文针对基于光载射频通信的超宽带无线接入网络、微波光子雷达、光控相控阵、电子对抗系统以及其它需要高性能光载射频信号处理的领域开展研究,所取得的研究成果在未来相关研究领域中具有一定的实用价值和应用前景。

邵博[4](2021)在《基于无腔脉冲源的光采样技术研究》文中提出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。目前主流的基于时分复用技术的时间交织光模数转换系统,其采样部分大多采用锁模激光器作为采样脉冲源,因而不可避免地存在光学腔调节难度大、使用成本高等问题;而在时分复用结构方面,传统光耦合器和可调延迟线结构也存在结构较复杂、操作难度较大、难以适应四通道及以上结构等缺点。针对以上两个问题,本文做了如下研究工作:对无腔脉冲源与基于时分复用技术的光采样结构进行了系统仿真。无腔脉冲源的仿真得到了重复频率为10GHz、脉冲宽度9.4ps、时间抖动为417.6fs的光脉冲。基于时分复用技术的光采样结构的仿真在采用上述无腔脉冲源的条件下,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1OGS/s的系统采样率。以双输出马赫曾德尔调制器为基础,搭建了基于时分复用技术的光采样结构系统,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。与其它光采样结构相比,该结构设计降低了实验成本和操作难度,减小了系统体积和重量;与传统光耦合器和可调延迟线结构相比,该结构减少了使用元器件的数目,降低了系统复杂度,也减少了系统功率损耗;此外,该结构在通道数目以及系统采样率等方面与国内类似工作相比处于先进水平,信噪比也维持了较高水准,在不同的系统采样率下均可以稳定实现分频,拥有较高的应用价值。

吴健[5](2021)在《基于ZYNQ的快速傅里叶变换光谱仪信号获取技术》文中研究说明近年来红外光谱技术得到了极大的发展,并在生物工程、大气探测、污染检测和军事装备等领域得到了广泛的应用,而傅里叶变换光谱仪凭借其多通道、高光谱分辨率的特点,在红外探测领域占有着很大的优势,但同时也对于傅里叶变换红外光谱仪器的实时性、小型化和便携性提出了更迫切的需求。实时的数据采集处理系统是傅里叶变换红外光谱仪的关键技术之一,本论文基于小型快速傅里叶变换光谱仪的研制工作,全面阐述了傅里叶变换光谱仪工作原理和基于迈克尔逊干涉仪下的光谱数据采集软硬件系统设计。本文首先对快速傅里叶变换光谱仪及其信号获取技术的发展过程和现状进行了调研,比较了国内外各个产家同类型的产品参数,并分析了傅里叶变换光谱仪的发展趋势。接着介绍了傅里叶变换光谱仪基础理论,包括干涉分光原理、等光程差采样、快速傅里叶变换等,列举了傅里叶变换光谱仪的基本组成和分类,包括多种分光方式的干涉仪及其优缺点,也作为本文角镜扭摆式干涉仪的选取依据,同时还介绍了光谱仪的性能评价参数。论文根据光谱仪信号获取技术要求,分析了红外探测器噪声以及干涉信号频率范围,确定了干涉模拟调理电路运放芯片选型和电路形式。还设计了一套黑体温度测量和温控电路,可在仪器外场使用中进行实时辐射校正。根据测量精度的要求对模数转换芯片进行了选型和硬件电路的设计,并确定选用ZYNQ作为主控芯片完成信号采集系统的控制和驱动,实现了主控核心硬件电路的设计。通过对ZYNQ软件系统架构特点,以及采集控制系统功能需求的分析。对软件功能进行了软硬件划分,使用FPGA部分作为外设驱动、FFT算法、PID算法等功能的实现。将ARM用于系统核心控制和与上位机的交互。详细介绍了FPGA部分各模块功能设计和实现,以及ARM部分双核协同工作模式。最后对本文设计的傅里叶变换红外光谱仪信号获取系统各功能模块进行了测试,和采集数据分析。验证了干涉模拟采集电路和黑体温控电路的可靠性和高精度的要求,和ZYNQ软硬件系统设计的可行性。本课题研究为嵌入式傅里叶变换红外光谱仪信号获取和处理系统研究及其工程化提供了新的解决方案。

刘洁[6](2021)在《光电模数转换关键技术研究》文中提出光电模数转换技术借用了光子技术在高速、宽带信号处理方面的优势,运用光学技术代替电采样的方式,可以提高采样速率和带宽,提升模数转换的性能。介绍了国内外光电模数转换技术的研究现状,对现有的光电模数转换结构进行分类,分析了不同结构的优势和劣势。本文基于光延迟的光电模数转换技术,内容如下:首先采用光采样电量化模数转换方案,时钟分配模块产生高速的电脉冲调制直流光信号产生光脉冲,调制器的带宽达到40GHz。光脉冲通过分路模块后采用光纤延迟线使光脉冲在时域上分离,并通过光调制模块对模拟信号进行采样。采用光纤色散技术对采样后光脉冲进行展宽,展宽后光脉冲经过光探测模块被电子模数转换器接收并量化。然后基于光采样电量化系统的关键技术,讨论了系统各个模块产生的误差,推导了系统各幅度一致性和延迟一致性与有效位数的关系,并用Matlab绘制了仿真曲线,定量地分析了不同信号频率下采样幅度和延迟一致性对系统有效位数的影响趋势。最后搭建了八通道光电模数转换实验系统,采用成本较低的F-P宽谱光源调制高速电脉冲的方式产生12GHz的光采样脉冲,相邻通道间的延迟差为83.3ps,使脉冲在时域上分离。整个光采样通道的延迟精度控制在1ps以内,保证系统有较高的延迟一致性。在实验数据的基础上引入不同幅度误差,讨论了其有效位数变化的趋势;在各种信号频率条件下讨论了延迟误差对有效位数的影响。实验系统结合了光采样的高采样速率和电量化的高精度的优势,采样速率达到了12GS/s,采样过程采用宽带调制器,系统带宽达到了10GHz。实验对505MHz到1.5GHz范围内的信号进行采样,经过数据处理软件得到了信号时域采样点图和频谱图。随着信号频率的提高,系统的有效位数逐渐下降,低频和高频的有效位数分别为7.25bit@505MHz和5.45bit@1.505GHz。采用DFB窄线宽激光器代替F-P光源产生采样光脉冲,消除了光脉冲顶部的幅度抖动,提出了一种基于窄线宽激光器的光脉冲展宽方法,通过多路延时反射实现光脉冲的时域分离,通过光耦合模块耦合实现光脉冲展宽。

田诗园[7](2021)在《光电模数转换信号处理技术研究》文中研究说明信号的模数转换(ADC)技术是微波信号处理中的重要环节,被广泛的应用在自动控制、高速成像、太空探测、传感器网络等领域。传统的电子ADC因为受到载流子迁移速度的限制,在保证量化精度的前提下很难达到更高的采样速率。为了获得高采样速率、大带宽的ADC,光电ADC系统成为了突破电子ADC瓶颈的一个重要方向。本论文的主要内容包括:首先,在光延迟技术的基础上,设计了一种光采样电量化的模数转换系统方案。该方案采用高速电脉冲对宽谱光源进行开关调制,产生采样光脉冲。然后将采样光脉冲分为多路引入等差延迟,使得各个通道的采样脉冲在时域形成均匀交替的分布,从而提高系统的采样速率。将模拟信号功分为多路对并行的多通道采样光脉冲进行强度调制,然后采用色散光纤对信号光脉冲进行色散,将信号脉冲展宽,最后将展宽后的信号脉冲送入量化模块进行电域内的量化。其次,根据前面提出的模数转换系统设计方案,搭建了 8通道的光电模数转换系统,对系统的光路及电子器件进行了配置,后端利用FPGA可以获取各通道EADC的量化数据,通过上位机中的软件可以实时读取转换后的数据流。整个实验系统实现了 12GS/s的高速采样,信号处理的带宽可以达到3.3GHz。基于搭建的实验系统,详细介绍了后端多路数字信号的处理流程及方法,提出了对多通道数字信号幅度一致性及非线性的校正方法,并验证了其可行性;通过多通道数字信号的校正方法,在经过数字滤波后,实验系统的有效位数得到了有效的提升。对于小于755MHz的低频正弦信号,系统的有效位数可以达到7bit以上;对于1505MHz的高频正弦信号,系统的有效位数可以提升2.4bit左右。根据数据处理结果分析,实验系统的高频有效位数可以达到5.4bit@1.505GHz;系统的3dB带宽可以达到3.3GHz。进一步的,根据系统误差,提出了一种多路并行光采样模数转换数据融合方案,该方案主要采用一种与信号幅度相关的非线性校正方法对多通道数据进行优化处理,从而达到提高系统有效位数的效果。

王心怡[8](2020)在《基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究》文中指出硅基光电子集成芯片具有尺寸小、集成度高等优点。近年来,它们受到了学术界的广泛关注。随着各类硅基光电子分立器件性能的提高,人们越来越不满足于单一器件的功能实现,而是往大规模集成化方向发展,即把多个电子和光子分立元件集成在同一芯片上,实现复杂的功能。硅基光电子技术以其高集成度和互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的优势,近些年来在数据通信等领域发挥着重要作用。基于硅光技术,人们对各种类型的激光器、调制器、探测器和光开关展开了深入研究。光延迟线在光通信领域具有很好的应用前景,基于延迟线结构的脉冲复用可以提高光脉冲的重复率,从而生成高频脉冲。高频脉冲在数据通信、光子信号处理、光学模数转换等领域中起着重要作用。本文对基于光延迟线结构的片上集成光子器件进行了研究。利用多种光脉冲交织复用方式,实现了脉冲重复率的提升,可用于对微波信号的高速光采样。首先,论文介绍了延迟线芯片的基本概念和参数指标,并讨论了其具体结构和实现方案。从延迟调节范围、调节精度、传输损耗、功耗和芯片尺寸等角度出发,阐明了延迟线的结构特征,为下文各种脉冲交织器的实现提供理论依据。接着,论文从脉冲复用方式入手,分别研究了波分复用(WDM)和模分复用(MDM)的几个关键器件,并介绍了各种器件结构的工作原理和设计方案。对于MDM器件,本文分析了波导中支持的多种模式,并对波导耦合生成的高阶模式进行了仿真分析。本文还对波长-模式交织器所用到的分立器件和整个系统进行了仿真,证明了波长-模式交织方案的可行性。接着,为了实现脉冲的时分复用,本文提出了一种连续可调的延迟线,该延迟线结合了环形谐振器和马赫-增德尔干涉仪(MZI)开关阵列。开关阵列提供大范围数字式延迟调节,而微环则提供小范围延迟微调。开关采用MZI级联结构,提高了开关消光比。延迟线芯片在60 nm厚的硅波导平台上实现,平均波导损耗为0.35 d B/cm。最大延迟调节范围为1.28 ns,片上插入损耗为12.4 d B,包括由测试端口引起的损耗。在不同延迟时间下,30 Gbps开关键控(OOK)信号通过延迟线芯片传输具有较高的信号保真度。该光学延迟线芯片具有可重构性,可以用于调整脉冲序列。光脉冲多路复用基于延迟线芯片实现,开关被设置为均匀分光比。这样的光时分复用(OTDM)方案可用于产生高重复率脉冲串,可应用于光学采样。调整开关分光比和可调光衰减器(VOA)的衰减值提供不同的脉冲幅度时,可实现准任意波形生成(QAWG)。基于延迟线芯片实现OTDM和QAWG,证明了该芯片的灵活性和可重构性,能作为可编程光信号处理器使用。本文还对如何进一步提升延迟线芯片性能进行了讨论。随后,本文提出并实现了一个基于硅光集成平台的8通道波长-模式光脉冲交织器。波长和模式复用技术相结合,可以提高脉冲的重复率,而同时又不会增加单维度复用的复杂性。交织器使用级联MZI结构作为波分复用(解复用)器,将非对称定向耦合器用作模式复用(解复用)器,并将各种长度的硅波导用作延迟线。论文对交织器各个分立器件参数(如波导损耗、延迟误差和通道带宽等)对交织脉冲的损耗、延迟间隔、峰值能量、脉冲宽度和串扰等一系列指标影响进行了研究,为交织器的实现奠定了基础。实验验证了脉冲序列具有125 ps的时间间隔,延迟误差为3.2%。然后,本文在波长-模式交织器的基础上,将脉冲幅度调节和高速采样功能纳入,构成了一个硅光集成的光学采样系统。高重复率光学采样脉冲是通过将低重复率输入光脉冲与WDM和MDM相结合而获得的。WDM脉冲交织器由具有线性差分延迟的反馈型阵列波导光栅(AWG)构成。它可以实现自动波长对准,且结构紧凑、色散大、损耗低。交织脉冲的幅度可以通过反馈波导中的衰减器进行调节。多模波导中的两个高阶模用来进一步提高脉冲重复率。光学采样脉冲被多模MZI调制器调制,调制器两臂集成了“L型”PN结,提高了调制效率。采样后的脉冲由模式和波长解复用器分开,后端再做并行处理。多模调制器可以实现30 Gb/s OOK调制。多波长脉冲使用由双环耦合马赫-增德尔干涉仪(DR-MZI)构成的WDM滤波器分离,该结构具有较高的消光比。模分复用脉冲交织和分离是由非对称定向耦合器构成的模式复用(解复用)器完成。由于同时使用了波长和模式复用技术,因此脉冲重复率可以大幅提高。在实现的集成芯片中,脉冲重复率提高了8倍,这受限于后端WDM滤波器的数量。所有功能模块,包括高速调制器、偏振分束器、旋转器、延迟线以及WDM和MDM器件,都集成到了单个硅光集成芯片中,充分利用了硅光的集成能力。高速采样芯片的成功研制为在单片上实现模数转换提供了基础。论文最后对研究课题做出了总结,针对硅基脉冲交织器提出了未来研究工作展望。

张戌艳[9](2021)在《光学模数转换器关键技术研究》文中研究说明宽带、高速、高精度模数转换器(Analog-to-Digital Convertor,ADC)在超宽带雷达系统、电子对抗、无线通信和宽带信号实时探测等领域有着极其重要的应用。传统电子ADC的采样速率已有较大的提升,但受集成材料特性的限制,其模拟带宽和时间抖动的性能都接近局限。光学ADC利用光学技术在超高速、超宽带、超低时间抖动方面的优势,有望同时实现高采样速率、大模拟带宽和高量化精度。本文围绕光学ADC存在的关键技术问题开展了理论和实验研究,并将光学ADC扩展应用于微波光子频率测量。主要研究内容如下:(1)针对如何有效提升光采样速率、增大模拟带宽,研究了一种基于无腔光源和光学下变频采样的光学ADC。利用强度调制器级联相位调制器和单模光纤的无谐振腔型结构产生时间抖动低、重复频率高且灵活可调的近似无啁啾超短光脉冲,并对输入宽带模拟信号进行光学下变频采样,随后利用低速电子ADC进行量化和编码。通过数值仿真和实验验证本方案的可行性,产生重复频率为3GHz的近似无啁啾超短光脉冲,并对40GHz微波信号进行光学模数转换。此外,将基于无腔光源的光学ADC应用于宽带高精度微波频率测量。三个重频和中心波长均不相同的无腔光源通过波分复用结构合成一路对待测微波信号进行下变频采样,将数字化获得的三组相互独立的中频信号进行频率恢复计算,最终实现宽带微波信号频率的高精度测量,并完成了实验验证。通过利用采样速率分别为2.99GS/s、3.07GS/s和3.10GS/s的三个光学ADC实现频率范围40GHz的无盲区测量,且测频误差、频谱分辨率分别达到±5k Hz和10k Hz。(2)针对如何有效增大光采样速率并避免光学采样和电学量化之间速率失配的关键问题,研究了一种基于无腔光源和并行多路时分交织电学量化技术的光学ADC。无腔光源输出的高重频、低时间抖动超短光脉冲先对宽带模拟信号进行下变频采样,再通过基于高速电光开关的时分解复用技术进行降速预处理,降速后的每一路光脉冲依次通过光电转换、抗混叠滤波以及低速电子ADC数字化获得下变频信号,最后在数字域内将多路并行信号时间交织拼接。对本方案进行数值仿真以及实验验证。实验中,无腔光源产生重频为8GHz、脉宽为5.7ps的超短光脉冲,并对40GHz模拟信号进行光学下变频采样,随后通过高速电光开关时分解复用为两路速率为4GS/s的光脉冲,最后经过量化编码、时间交织拼接后有效位数超过5.6bits。(3)为了充分发挥光学采样的优势,同时克服电学量化的速率限制,提出了两种基于孤子自频移和啁啾补偿的超快全光量化方案。借助反射环路,提出一种高精度全光量化方案,通过双向利用n段单模光纤和n段高非线性光纤,实现了单级孤子自频移以及(2n-1)级基于正负啁啾补偿的梳状光谱压缩。相比传统单向结构,本方案在简化系统结构的同时,大大提高了光谱压缩比和量化精度。该方案还进行了数值仿真和实验验证,证实了n=2的可行性。实验结果表明,在自频移范围1580.0-1672.2nm内,本方案实现了三级光谱压缩并获得6.2bits量化精度,比传统单向结构的高1.2bits。在此基础上,提出了一种基于Sagnac环的低基座全光量化方案,利用单模光纤以及一个由耦合比不为1的光耦合器和高非线性光纤构成的Sagnac环,依次通过反常群速度色散(Group-Velocity Dispersion,GVD)效应和功率相关滤波效应,窄化了单级梳状光谱压缩输出的脉冲光谱,同时避免因啁啾补偿不完整而产生的基座,提高系统量化精度和后续编码准确性。(4)针对基于啁啾补偿的光谱压缩方案中光纤组合固定且体积大的问题,提出了一种基于孤子自频移和时间相关滤波的超快全光量化方案。利用色散光纤的群速度色散效应将自频移后光脉冲的波长信息映射到时域,再利用非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)等效可饱和吸收体的功率相关滤波效应,使功率较低的脉冲前后沿(对应长、短波长成分)被大部分滤除、功率较高的脉冲中心(对应中心波长成分)近乎无损输出,实现时间相关滤波效果,窄化了自频移后脉冲光谱,从而提高系统量化精度。本方案还进行了数值仿真和实验验证。仿真结果表明本方案对色散光纤长度和色散符号均具有较强包容性,且在输入脉冲峰值功率或偏振控制器偏振状态变化的情况下仍能获得稳定光谱压缩效果。实验中,在100nm自频移范围内,压缩后光谱平均宽度约1.65nm,量化精度达到5.95bits,对比相同光纤结构的传统光谱压缩方案,量化精度提高了1.13bits。

杨寿南[10](2020)在《高分辨率阵列探测器航空伽马能谱仪研制》文中研究指明航空伽马能谱测量技术作为地球物理勘探的重要方法,在矿产资源勘察、区域环境辐射评价、突发核事件应急等领域发挥着重要作用。当前,国内外的航空伽马能谱仪主要采用大体积碘化钠(NaI(Tl))闪烁计数器,以直接能谱读出方式实现伽马能谱测量,该测量方法具有高效、简单、成本低的优点。但由于NaI(Tl)晶体的固有能量分辨率较低、探测下限较高、单条晶体的对地探测效率有限,因此无法适用于对测量精度和探测灵敏度有较高要求的应用场合。针对该情况,本文开展了基于高分辨率阵列探测器的伽马能谱测量技术研究,对高能量分辨率阵列航空伽马能谱探测器的设计方法、粒子模式多参数核脉冲信号处理技术及其实现方法进行研究,完成了高分辨率阵列探测器航空伽马能谱仪的研制。主要研究内容与取得的研究成果如下:1、地-空界面上天然伽马射线的能量主要集中在30keV-3MeV之间,其中小于1MeV伽马射线能量注量率占总能注量的85%。当地表介质厚度达到50cm时,地-空界面上天然伽马能谱便达到“谱平衡”状态,空中伽马射线注量率随着距离地表高度的增加而减少。从航空伽马能谱测量对地探测灵敏度入手,建立了航空伽马能谱测量系统对地最低可探测活度(MDA)与探测器能量分辨率、探测器体积和飞行高度等参数之间的数学表达式。在此基础上,提出并研制了新型航空伽马能谱探头的设计,该探头采用高能量分辨率溴化铈(CeBr3)和溴化镧(LaBr3)闪烁计数器组成8×8阵列探测器,与同体积的碘化钠(NaI(Tl))闪烁计数器相比较,航空伽马能谱仪的能量分辨率从8%提高到4%@662keV,探测效率提高了263.39%(1.33Me V)。探头机械结构采用碳纤维外壳,内部充填特氟龙材料,在保证探头机械强度和耐热性的特性下,降低探头材料对伽马射线的吸收,提高测量系统灵敏度。2、针对阵列探测器输出核脉冲信号的时间同步性和幅度一致性采集与处理难题,提出粒子模式多参数核脉冲处理技术,研制了64通道多参数伽马能谱采集器。将阵列探测器输出的核脉冲信号进行时间、位置(探测器ID)、幅度和强度(脉冲数)等多参数标记,以每一个伽马光子与探测器作用的核事件(粒子)作为核脉冲处理器的数据包,输出到上位机进行能谱合成与数据处理,形成能谱仪所需的合成能谱、反符合能谱、反康增峰能谱、本底能谱、时间谱等。采用恒比定时电路实现核脉冲信号的时间提取,实测使用溴化铈探测器时,信号过零点到定时时刻时间差的最大概率出现在280.8ns,此时时间抖动的均方根值(RMS)为1.6ns;对每一个粒子入射的探测器添加ID标记,并将该ID信息添加到粒子包当中,从而实现位置信息测量;核脉冲幅度提取是分两步实现的,第一步是采用80MSPS采样率、16位ADC将核脉冲信号数字化;第二步是采用对称零面积梯形成形数字算法实现幅度提取;以内置镅-241豁免源放出的59.56keV伽马射线为内标实现仪器谱自动稳谱,保证伽射线能量提取(核脉冲幅度)的一致性和稳定性。实测64通道采集器模拟带宽可以达到100MHz,脉冲通过率可达500kcps,最大数据传输速率可以达到360MB/s,微分非线性≤1.0%。使用该采集器对Φ50mm×50mm的溴化铈闪烁计数器进行能谱响应测试,能量分辨率约为4.2%@662keV;在0℃到50℃范围内@662keV能量处谱漂小于±1道(@2048道)。3、基于粒子模式多参数核脉冲处理器对核脉冲的多参数标记能力,提出了反康增峰技术,对任一探测器中发生康普顿散射作用所逃逸出的一次散射光子或多次散射光子在次探测器中产生的核脉冲幅度(即散射光子能量),重新叠加到该探测器的反冲电子沉积谱上,作为入射伽马光子的全能峰计数贡献,该技术有效减少航空伽马能谱仪器谱的低能散射本底,同时有效地提高全能峰的计数和峰背比,有利于提高航空伽马能谱测量对地的探测灵敏度。4、开发了粒子模式多参数核脉冲处理技术的阵列航空伽马能谱测量软件。该软件采用Visual C++语言编程实现硬件设备控制与接口功能,采用WinC#.NET语言实现界面编程,采用Sqlite实现数据处理层,该软件具有粒子数据收录、能谱/时间谱显示、符合/反符合测量、反康增峰、谱数据处理等功能。5、搭建了由1条1升碘化钠(NaI)晶体、1条2升碘化钠(NaI)晶体和2个1.5英寸溴化铈(CeBr3)晶体组成的4通道航空伽马能谱测量系统,采用F-120型无人机飞行平台,在中国某省铀矿远景区开展了220km2的航空伽马能谱测量。无人机飞行平均雷达高度为80m,飞行速度为10m/s,能谱采样时间为3s。在两条晶体碘化钠闪烁计数器的合成谱和两条溴化铈闪烁计数器的合成谱上分别设置铀(1.66-1.86MeV)、钍(2.41-2.81MeV)、钾(1.37-1.57MeV)和全谱计数等四个能窗,共获能窗数据共计2622组(含坐标、GPS高度和雷达高度数据)。在碘化钠和溴化铈闪烁计数器的总道能窗的等值线图上,均出现了明显的高值浓集中心和偏高场,而且溴化铈(CeBr3)相较于碘化钠(NaI)具有更加精细的偏高场分布。

二、Photonic Analog-to-Digital Conversion of Time-Continuous Signals using a TDM Switching-Wavelength Sampling Source(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Photonic Analog-to-Digital Conversion of Time-Continuous Signals using a TDM Switching-Wavelength Sampling Source(论文提纲范文)

(1)微波光子模数转换关键技术研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
缩略词表
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 微波光子技术介绍
    1.3 微波光子模数转换技术研究现状
        1.3.1 基于马赫曾德尔调制特性的量化编码
        1.3.2 光子时间拉伸技术
        1.3.3 时间波长交织的光采样
        1.3.4 基于非线性效应的量化编码
    1.4 本文的主要工作和章节安排
第2章 移相光量化技术研究
    2.1 引言
    2.2 移相光量化系统
        2.2.1 基本原理
        2.2.2 编码特性
        2.2.3 有效比特位
    2.3 基于线性组合原理的改进方案
        2.3.1 系统设计
        2.3.2 实验结果
        2.3.3 性能分析
    2.4 基于平衡探测的自适应阈值判决方案
        2.4.1 阈值判决与平衡探测原理
        2.4.2 系统设计
        2.4.3 实验结果
        2.4.4 性能分析
    2.5 本章小结
第3章 FlashADC的光子串行方案
    3.1 引言
    3.2 FlashADC介绍
        3.2.1 基本原理
        3.2.2 编码特性
    3.3 基于多波长采样的光子串行实现方案
        3.3.1 系统设计
        3.3.2 仿真与实验结果
        3.3.3 性能改进分析
        3.3.4 实现方案的可行性分析
    3.4 非均匀量化的实现
    3.5 大信号输入情况下的实现方案
        3.5.1 系统设计
        3.5.2 仿真与结果讨论
        3.5.3 方案改进
    3.6 本章小结
第4章 基于相位调制的光子时间拉伸技术
    4.1 引言
    4.2 光子时间拉伸系统
        4.2.1 基本原理
        4.2.2 非线性失真
        4.2.3 色散引起的功率衰落
    4.3 基于相位调制的光子时间拉伸系统
        4.3.1 理论模型
        4.3.2 频率响应及带宽计算
        4.3.3 各阶非线性失真分量计算
        4.3.4 仿真与实验结果
    4.4 基于双通道结构的带宽改进方案
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间的主要研究成果及项目支持

(2)高速多通道光纤光栅传感解调关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 光纤光栅传感与解调技术概述
        1.2.1 光纤光栅传感技术
        1.2.2 光纤光栅传感解调技术
    1.3 国内外光纤光栅传感与解调技术发展现状
    1.4 本文的主要研究内容和章节结构
第二章 光纤光栅传感与解调技术研究
    2.1 光纤光栅传感技术原理
    2.2 光纤光栅在大容量上的复用技术
    2.3 光纤光栅传感解调技术原理
        2.3.1 光谱仪检测法
        2.3.2 滤波器解调法
        2.3.3 干涉仪解调法
        2.3.4 可调谐光源解调法
        2.3.5 衍射光栅解调法
    2.4 本章小结
第三章 高速多通道光纤光栅传感解调系统及关键技术研究
    3.1 光纤光栅传感解调系统总体设计
        3.1.1 下位机硬件系统设计
        3.1.2 上位机软件设计
        3.1.3 光学器件选型
    3.2 光纤光栅传感解调系统硬件与软件的信息交互及数据传输设计
        3.2.1 串行通信模块
        3.2.2 USB数据传输模块
    3.3 高速多通道光纤光栅传感解调系统的关键技术研究
        3.3.1 寻峰算法研究
        3.3.2 波长漂移补偿方案设计
        3.3.3 光开关多路通道采集方案
        3.3.4 波长数据持久化性能优化
    3.4 本章小结
第四章 传感解调系统上位机软件的研究与设计
    4.1 Ibsen解调仪上位机软件的需求分析
        4.1.1 功能设计要求
        4.1.2 功能适用性要求
        4.1.3 杂波的滤除要求
        4.1.4 数据持久化要求
        4.1.5 错误与处理要求
    4.2 Ibsen解调仪上位机软件的方案设计
        4.2.1 软件运行的平台配置概述
        4.2.2 软件流程设计
        4.2.3 软件结构设计
        4.2.4 数据持久化设计
        4.2.5 错误与处理设计
    4.3 lbsen解调仪上位机软件的详细实现
        4.3.1 人机交互界面实现
        4.3.2 软件后台实现
        4.3.3 数据持久化实现
        4.3.4 杂波滤除的实现
    4.4 Ibsen解调仪上位机软件的系统测试
        4.4.1 功能测试
        4.4.2 稳定性和兼容性测试
    4.5 本章小结
第五章 高速多通道光纤光栅传感解调系统的性能测试
    5.1 波长解调性能测试
        5.1.1 波长解调精度
        5.1.2 波长解调稳定性
        5.1.3 波长解调线性度
    5.2 波长解调频率测试
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 后续工作展望
参考文献
致谢

(3)光载射频信号处理若干技术及应用研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光载射频信号处理的研究背景和意义
    1.2 光载射频通信的发展动态及技术优势
        1.2.1 光载射频信号处理与光载射频通信的国内外研究现状
        1.2.2 光载射频通信技术的未来发展趋势
        1.2.3 光载射频通信技术面临的挑战
        1.2.4 射频光子信号处理在雷达系统中的应用及发展前景
    1.3 论文主要内容及结构安排
    参考文献
第二章 光载射频信号处理的理论基础
    2.1 RoF系统中光载射频信号的产生
        2.1.1 光载射频通信系统中的调制器
        2.1.2 双光源外差混频技术
    2.2 光电上变频和下变频技术
        2.2.1 MZM实现上变频
        2.2.2 EAM实现上变频
        2.2.3 光电下变频技术
    2.3 射频信号的光域调制与解调技术
        2.3.1 光载射频信号的直接调制技术
        2.3.2 光载射频信号的外调制技术
        2.3.3 光载射频信号的包络检波解调
    2.4 光载射频通信链路中的信号失真原因及分析
        2.4.1 谐波失真问题研究
        2.4.2 RoF系统光纤链路中的传输色散
        2.4.3 RoF链路中的噪声产生原因及特性分析
    2.5 本章小结
    参考文献
第三章 多信道高谱效相干光载射频通信系统
    3.1 基于串联单边带调制的光载射频信号产生
        3.1.1 光载射频信号串联单边带调制的方案设计
        3.1.2 光载射频信号串联单边带调制的数学模型与理论推导
    3.2 基于光正交单边带复用的光载射频信号产生
        3.2.1 光载射频信号正交单边带复用的方案设计
        3.2.2 光载射频信号正交单边带复用的理论推导与分析
    3.3 多信道高谱效相干光载射频通信系统仿真与实验研究
        3.3.1 相干光载射频通信系统仿真研究
        3.3.2 多模态相干光载射频通信系统的设计及实验平台的建立
        3.3.3 基于数字信号处理的光载射频通信相干接收与信号解调恢复
        3.3.4 多信道高谱效光载射频通信系统实验结果及性能分析
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 基于硅基光电子的相干光载射频通信集成收发机
    4.1 高Q值超窄带的光带通滤波器设计
        4.1.1 基于硅基单微环的波长选择性光带通滤波器
        4.1.2 基于串联多微环的可调谐超窄带光带通滤波器
    4.2 基于硅基滤波器和硅基调制器的集成光载射频信号发射机设计
        4.2.1 硅基双电极马赫-曾德尔调制器的设计与实现
        4.2.2 硅基集成多信道光载射频信号发射机设计与实现
        4.2.3 硅基光载射频信号发射机的仿真验证及结果分析
    4.3 基于集成发射机的相干光载射频通信系统
        4.3.1 集成相干光载射频信号发射机的实现
        4.3.2 光载射频通信系统性能验证及结果分析
    4.4 光载射频通信集成数字相干光接收机前端设计
        4.4.1 集成数字相干光接收机的方案设计
        4.4.2 集成数字相干光接收机前端的设计结构
        4.4.3 数字相干光接收机前端模块的性能参数指标
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术
    5.1 基于DP-DPMZM的光载射频信号移相与倍频方案
        5.1.1 基于DP-DPMZM倍频相移方案的机理分析与数学模型
        5.1.2 倍频功能的数值仿真与验证分析
        5.1.3 移相功能的数值仿真结果及分析
        5.1.4 基于DP-DPMZM的倍频移相系统性能影响因素分析
    5.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器的设计方案
        5.2.1 基于MZM和SOA的射频光子滤波模块设计
        5.2.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器仿真验证及结果分析
        5.2.3 射频光子滤波器的应用分析
    5.3 基于SOA-MZI结构的光载射频信号移相器设计
        5.3.1 光载射频信号移相的机理特点及典型设计方案分析
        5.3.2 基于SOA-MZI结构的射频光子移相器设计方案
        5.3.3 基于SOA-MZI的光载射频移相器仿真验证及结果分析
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究成果
    6.2 不足之处及改进措施
    6.3 未来展望
附录
缩略语
致谢
攻读博士学位期间取得的学术成果目录

(4)基于无腔脉冲源的光采样技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文的研究背景与意义
    1.2 光模数转换器的分类简介
        1.2.1 光辅助ADC
        1.2.2 光采样电量化ADC
        1.2.3 电采样光量化ADC
        1.2.4 光采样光量化ADC
        1.2.5 光模数转换器发展现状小结
    1.3 论文的工作内容和意义
        1.3.1 论文的工作内容
        1.3.2 论文的工作意义
    1.4 论文的结构安排
第二章 光模数转换和无腔脉冲源的基本理论
    2.1 模数转换的基本原理和重要参数分析
        2.1.1 模数转换的基本原理
        2.1.2 部分模数转换重要参数的分析
    2.2 光电检测技术简介
        2.2.1 PIN型光电二极管的基本原理
        2.2.2 PIN型光电二极管的性能指标
    2.3 三种电光调制器的基本理论
        2.3.1 相位调制器的基本原理
        2.3.2 马赫曾德尔强度调制器的基本原理
        2.3.3 双输出马赫曾德尔强度调制器基本原理
    2.4 光脉冲在光纤中传输的基本原理和色散特性
        2.4.1 光在光纤中传输的基本方程
        2.4.2 光纤色散的基本理论
    2.5 本章小结
第三章 基于无腔脉冲源的光采样结构设计
    3.1 基于无腔脉冲源的光采样结构的方案
        3.1.1 传统光ADC系统的特点
        3.1.2 基于无腔脉冲源的光采样结构工作流程
    3.2 基于无腔脉冲源的光采样结构设计
        3.2.1 无腔脉冲源的结构设计
        3.2.2 光采样过程
        3.2.3 基于时分复用结构的光采样结构
    3.3 光脉冲源的选择以及系统误差分析
        3.3.1 光采样脉冲源的选择
        3.3.2 光采样脉冲源的抖动和误差分析
        3.3.3 调制器对系统性能的影响
    3.4 无腔脉冲源输出脉冲性能分析
        3.4.1 啁啾脉冲
        3.4.2 啁啾脉冲的产生
        3.4.3 脉冲宽度与群速度色散的关系
    3.5 本章小结
第四章 基于无腔脉冲源的光采样结构的仿真和实验
    4.1 基于无腔脉冲源的光采样结构的具体结构图
    4.2 无腔脉冲源的系统仿真和性能分析
        4.2.1 无腔脉冲源的系统仿真
        4.2.2 无腔脉冲源仿真输出结果的抖动和误差分析
    4.3 基于时分复用技术的光采样结构的系统仿真和分析
    4.4 基于时分复用技术的光采样结构的相关实验和分析
        4.4.1 电光调制器的输出特性
        4.4.2 射频信号功率的控制以及光采样结构的输出结果
        4.4.3 光采样结构的稳定性分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究工作总结
    5.2 下一步展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(5)基于ZYNQ的快速傅里叶变换光谱仪信号获取技术(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 红外光谱技术
        1.1.2 红外光谱仪
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 傅里叶光谱仪国内外发展现状
        1.2.2 光谱仪嵌入式采集系统发展现状
        1.2.3 国内外同类产品与本方案对比分析
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 论文的结构安排
第2章 傅里叶变换光谱仪理论基础
    2.1 傅里叶变换光谱仪原理
        2.1.1 干涉分光原理
        2.1.2 有限光程差与截趾函数
        2.1.3 干涉图离散采样
        2.1.4 快速傅里叶变换
        2.1.5 黑体辐射定标
    2.2 傅里叶光谱仪的分类和组成
        2.2.1 迈克尔逊干涉仪
        2.2.2 红外探测器
    2.3 傅里叶变换光谱仪性能参数
        2.3.1 光谱分辨率
        2.3.2 信噪比
        2.3.3 准确性和重复性
第3章 傅里叶变换光谱仪总体方案和信号获取电路设计
    3.1 傅里叶变换光谱仪总体方案设计
    3.2 硬件系统总体设计
    3.3 干涉模拟信号调理电路
        3.3.1 长波光导探测器前置放大电路
        3.3.2 中短波光伏探测器前置放大电路
    3.4 内部黑体控制电路
        3.4.1 温控电路
        3.4.2 电机驱动电路
    3.5 信号模数转换电路
        3.5.1 干涉信号采样电路
        3.5.2 黑体温度采样电路
    3.6 ZYNQ主控核心电路
        3.6.1 ZYNQ芯片选型
        3.6.2 电源供电和系统时钟
        3.6.3 DDR内存
        3.6.4 以太网接口
        3.6.5 QSPI Flash
第4章 基于ZYNQ的采集控制传输软件系统
    4.1 ZYNQ SOC软件系统简介
    4.2 软件系统总体设计
    4.3 PL通信系统逻辑设计
        4.3.1 AXI_Lite模块
        4.3.2 AXI_Stream模块
    4.4 PL数据采集处理系统逻辑设计
        4.4.1 干涉信号采集模块
        4.4.2 傅里叶变换计算模块
        4.4.3 数据存储模块
        4.4.4 时序控制模块
    4.5 PL内黑体控制系统逻辑设计
        4.5.1 温控模块
        4.5.2 电机驱动模块
    4.6 PS嵌入式软件开发
        4.6.1 双核AMP模式
        4.6.2 初始化配置
        4.6.3 LwIP以太网协议栈
        4.6.4 DMA驱动
第5章 系统功能测试和结果分析
    5.1 信号采集处理功能测试
    5.2 内黑体控制功能测试
    5.3 以太网传输功能测试
    5.4 采集光谱数据分析
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(6)光电模数转换关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 光电模数转换研究背景及意义
    1.2 光电模数转换技术研究现状
        1.2.1 光辅助ADC
        1.2.2 电采样光量化ADC
        1.2.3 光采样电量化ADC
        1.2.4 全光模数转换系统
    1.3 小结
    1.4 论文主要研究内容
第二章 光电模数转换原理
    2.1 光电模数转换系统原理方案
    2.2 光脉冲产生
    2.3 多通道延迟模块
        2.3.1 光分路器
        2.3.2 光纤延迟线
    2.4 多通道光脉冲调制与脉冲展宽
    2.5 多通道探测与电模数转换模块
        2.5.1 光电探测器
        2.5.2 电模数转换模块
    2.6 本章小结
第三章 光电模数转换关键技术研究
    3.1 延迟误差对系统有效位数的影响
        3.1.1 单通道延迟误差对有效位数的影响
        3.1.2 多通道延迟一致性对有效位数的影响
    3.2 光分路模块对有效位数的影响
    3.3 光脉冲调制模块对有效位数的影响
    3.4 光探测模块对有效位数的影响
        3.4.1 探测器噪声对有效位数的影响
        3.4.2 探测器电压响应度一致性
    3.5 本章小结
第四章 光电模数转换实验研究
    4.1 实验装置测试
        4.1.1 调制器阵列非线性测试
        4.1.2 采样通道延迟测试
        4.1.3 色散展宽测试
    4.2 八通道模数转换实验系统
        4.2.1 实验系统搭建
        4.2.2 采样前延迟匹配
        4.2.3 实验结果
    4.3 实验误差分析
        4.3.1 幅度一致性对实验结果的影响
        4.3.2 延迟一致性对实验结果的影响
        4.3.3 光源对实验结果的影响
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

(7)光电模数转换信号处理技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光电模数转换的研究意义
    1.2 模数转换器的基本介绍
        1.2.1 模数转换的基本原理
        1.2.2 模数转换的基本参数
    1.3 光电模数转换及数字信号处理的研究现状
        1.3.1 光采样电量化模数转换器
        1.3.2 电采样光量化模数转换器
        1.3.3 全光模数转换器
        1.3.4 光电模数转换信号处理的研究现状
    1.4 论文主要研究目标及内容
第二章 光电模数转换系统的设计
    2.1 采样光脉冲的产生
        2.1.1 采样光脉冲产生的基本原理
        2.1.2 系统光源的设计
    2.2 光域采样
        2.2.1 光域采样的基本原理
        2.2.2 光延迟技术
        2.2.3 光延迟的分类
        2.2.4 基于光纤色散的脉冲展宽
    2.3 电域的量化
    2.4 本章小结
第三章 光电模数转换实验研究
    3.1 光电模数转换的实施方案
    3.2 关键部件的实验研究
        3.2.1 调制器阵列非线性情况分析实验
        3.2.2 调制器阵列幅度一致性实验
    3.3 光电模数转换实验系统的搭建
        3.3.1 光路配置
        3.3.2 电子配件
    3.4 8路光电模数转换实验系统
    3.5 本章小结
第四章 光电模数转换信号处理
    4.1 多通道数字信号的处理
        4.1.1 多通道数字信号处理的基本流程
        4.1.2 脉冲的延迟匹配
        4.1.3 多通道数字信号的时域排序
        4.1.4 多通道数据的拼接融合
        4.1.5 数字信号的滤波处理
        4.1.6 数字信号处理结果
    4.2 多通道幅度一致性校正
        4.2.1 多通道幅度一致性校正方法
        4.2.2 多通道幅度一致性校正结果
    4.3 调制器的非线性校正
        4.3.1 M-Z调制器的非线性分析
        4.3.2 M-Z调制器的非线性校正方法
        4.3.3 M-Z调制器的非线性校正结果
    4.4 多通道数字信号处理的优化方案
    4.5 光电模数转换系统实验结果及分析
    4.6 章节小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读学士学位期间取得的成果

(8)基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 硅基集成光电子器件
    1.2 集成光延迟芯片
        1.2.1 集成光延迟芯片的背景与应用
        1.2.2 集成光延迟芯片的实施方法
        1.2.3 集成光延迟芯片的研究现状
    1.3 时间交替高重频脉冲生成器
        1.3.1 高频脉冲的应用
        1.3.2 时间交织高重频脉冲生成器的研究现状
        1.3.3 时间交织高重频脉冲生成器的面临问题
    1.4 本论文结构安排及主要内容
第二章 基于延迟线结构的硅基波长-模式脉冲交织核心元件设计
    2.1 硅基光延迟线
        2.1.1 硅基光波导
        2.1.2 移相器和可调衰减器的设计
        2.1.3 光延迟芯片架构设计
        2.1.4 光延迟芯片分析与讨论
    2.2 波长与模式复用器件
        2.2.1 波分复用器件
        2.2.2 模分复用器件
    2.3 基于延迟线的脉冲波长-模式复用器模型与仿真
        2.3.1 脉冲复用分立模型的仿真
        2.3.2 脉冲复用整体模型的仿真
    2.4 本章小结
第三章 大范围连续可调超薄硅波导光延迟线
    3.1 延迟线的设计
    3.2 实验验证
        3.2.1 单级和双级MZI开关的比较
        3.2.2 光延迟特性
        3.2.3 OTDM和 QAWG实验
    3.3 进一步提升光延迟芯片性能的讨论
    3.4 本章小结
第四章 硅基波长-模式脉冲交织器
    4.1 波长-模式脉冲交织器
        4.1.1 脉冲交织器的设计
        4.1.2 不同参数对脉冲交织模型的影响
    4.2 实验验证
        4.2.1 波长脉冲交织器
        4.2.2 波长-模式脉冲交织器
    4.3 本章小结
第五章 硅基波长-模式脉冲交织高速光采样
    5.1 波长-模式脉冲交织光学采样架构
        5.1.1 整体架构
        5.1.2 核心组件的设计
    5.2 实验验证
        5.2.1 波分脉冲交织器
        5.2.2 WDM带通滤波器组
        5.2.3 多模EO调制器
    5.3 总体性能评估
    5.4 脉冲交织器的应用前景讨论
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
附录一 符号与标记
致谢
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目

(9)光学模数转换器关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号对照表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光学模数转换器研究意义和现状
        1.2.1 光学辅助型模数转换器
        1.2.2 光采样电量化模数转换器
        1.2.3 全光模数转换器
    1.3 本论文的创新点和章节安排
第二章 光学模数转换理论基础
    2.1 光采样电量化模数转换基本原理
        2.1.1 光采样电量化模数转换的工作原理
        2.1.2 光采样电量化模数转换的性能参数
    2.2 全光模数转换基本原理
        2.2.1 基于孤子自频移的超快全光量化工作原理
        2.2.2 广义非线性薛定谔方程以及分步傅里叶算法
        2.2.3 基于孤子自频移的超快全光量化性能参数
    2.3 本章小结
第三章 基于无腔光源的光采样模数转换技术研究
    3.1 基于无腔光源的光采样电量化模数转换技术
        3.1.1 技术方案及工作原理
        3.1.2 仿真结果及分析
        3.1.3 实验结果及分析
    3.2 基于光采样电量化模数转换器的微波测频技术
        3.2.1 技术方案及工作原理
        3.2.2 实验结果及分析
    3.3 本章小结
第四章 基于并行多路时分交织的高速光采样模数转换技术研究
    4.1 技术方案及工作原理
        4.1.1 近似无啁啾超短光脉冲的产生
        4.1.2 并行多路时分交织的电学量化技术
        4.1.3 多通道数据时域重组
    4.2 仿真结果及分析
    4.3 实验结果及分析
    4.4 本章小结
第五章 基于孤子自频移和啁啾补偿的超快全光量化技术研究
    5.1 基于啁啾补偿的脉冲压缩技术
        5.1.1 技术方案及工作原理
        5.1.2 仿真结果及分析
    5.2 基于反射环路的高精度全光量化技术
        5.2.1 技术方案及工作原理
        5.2.2 仿真结果及分析
        5.2.3 实验结果及分析
    5.3 基于Sagnac环的低基座全光量化技术
        5.3.1 技术方案及工作原理
        5.3.2 仿真结果及分析
    5.4 本章小结
第六章 基于孤子自频移和时间相关滤波的超快全光量化技术研究
    6.1 技术方案及工作原理
    6.2 仿真结果及分析
    6.3 实验结果及分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

(10)高分辨率阵列探测器航空伽马能谱仪研制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 航空伽马能谱仪研究路径与现状
        1.2.2 航空伽马能谱仪电子线路单元研究现状
    1.3 主要研究内容与技术路线
    1.4 主要研究成果与创新点
第2章 高能量分辨率阵列航空伽马能谱探测器设计
    2.1 阵列航空伽马能谱探测器设计依据
        2.1.1 地-空界面伽马能谱分布
        2.1.2 辐射体上空伽马射线注量率
        2.1.3 高能量分辨率伽马射线探测器性能分析
        2.1.4 航空伽马能谱测量最低可探测活度
    2.2 阵列航空伽马能谱探测器设计与实现
        2.2.1 溴化铈晶体生长、封装
        2.2.2 光电倍增管的选型
        2.2.3 高压电源设计
        2.2.4 前置读出电路设计
    2.3 闪烁计数器性能测试
        2.3.1 震动测试
        2.3.2 电磁兼容性测试
        2.3.3 高低温测试
        2.3.4 溴化铈/溴化镧闪烁计数器能量分辨率测试
    2.4 基于阵列探测器的航空伽马能谱探头设计
        2.4.1 混合谱合成技术
        2.4.2 探测器阵列的几何结构设计
        2.4.3 伽马能谱探头机械结构设计
第3章 多参数核脉冲信号处理技术研究
    3.1 粒子模式多参数核脉冲处理技术
    3.2 脉冲信号时间信息提取技术
        3.2.1 高精度时间信息提取理论原理
        3.2.2 高精度时间提取电路设计
        3.2.3 高精度时间提取电路性能测试
        3.2.4 数字时间提取算法设计
    3.3 高精度数字脉冲幅度提取技术
        3.3.1 数字极零相消器
        3.3.2 数字滤波成形器
第4章 64通道多参数伽马能谱采集技术与实现
    4.1 64通道DMCA阵列设计
        4.1.1 DMCA电路设计
        4.1.2 DMCA算法实现
    4.2 主控制器设计
        4.2.1 FPGA与 ARM控制器电路设计
        4.2.2 时钟同步与触发电路设计
        4.2.3 高速通信电路设计
    4.3 电源转换电路设计
    4.4 反康增峰技术
        4.4.1 反康增峰原理及实现
        4.4.2 反康增峰测试结果
    4.5 ~(241)Am源低能伽马射线稳谱技术
    4.6 多通道伽马能谱采集器性能测试
        4.6.1 四通道DMCA性能测试
        4.6.2 主控制器性能测试
第5章 高分辨阵列航空伽马能谱测量系统软件设计与实现
    5.1 系统软件总体设计
    5.2 系统软件各功能介绍
第6章 高分辨阵列航空伽马能谱仪测试与初步应用
    6.1 高分辨阵列航空伽马能谱测量系统构成
    6.2 系统静态测试
        6.2.1 系统分辨率测试
        6.2.2 系统稳定性及谱漂测试
    6.3 系统动态飞行实验
        6.3.1 系统本底测量
        6.3.2 系统高度校准测试
        6.3.3 重复测线测量及早晚校
    6.4 系统初步应用
        6.4.1 测量系统及实测数据
        6.4.2 试验区应用效果
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间取得学术成果

四、Photonic Analog-to-Digital Conversion of Time-Continuous Signals using a TDM Switching-Wavelength Sampling Source(论文参考文献)

  • [1]微波光子模数转换关键技术研究[D]. 何红霞. 浙江大学, 2021(01)
  • [2]高速多通道光纤光栅传感解调关键技术研究[D]. 夏旭承. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [3]光载射频信号处理若干技术及应用研究[D]. 陈光. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [4]基于无腔脉冲源的光采样技术研究[D]. 邵博. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [5]基于ZYNQ的快速傅里叶变换光谱仪信号获取技术[D]. 吴健. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
  • [6]光电模数转换关键技术研究[D]. 刘洁. 电子科技大学, 2021(01)
  • [7]光电模数转换信号处理技术研究[D]. 田诗园. 电子科技大学, 2021(01)
  • [8]基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究[D]. 王心怡. 上海交通大学, 2020(01)
  • [9]光学模数转换器关键技术研究[D]. 张戌艳. 电子科技大学, 2021(01)
  • [10]高分辨率阵列探测器航空伽马能谱仪研制[D]. 杨寿南. 成都理工大学, 2020

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使用 TDM 开关波长采样源对时间连续信号进行光子模数转换
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