Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
.178 приборов при высоких частотах дискретизации число разрядов ИО-АЦП ограничивается длительностью лазерных импульсов тл (рис. 7.7), а при меньших частотах дискретизации ограничивающим фактором может оказаться реально достижимая мощность входного электрического сигнала (рис. 7.8). При этом полагается, что частота дискретизации вдвое больше верхней частоты спектра аналогового сигнала, а значение Ln согласовано с импедансом источника, равным 50 Ом.
Экспериментальные образцы ИО-АЦП, выполненные на основе волноводных модуляторов интерферометрического типа на канальных OB в ниобате лития, имеют число разрядов N = 4, скорость выборки порядка 1 ГГц, полосу пропускания 500 МГц, электрическая мощность аналогового сигнала имеет значение до 2,5 Вт. При этом для обеспечения нормальной работы лавинных фотодиодов оптическая мощность (для X = 0,85 мкм) на выходе каждого модулятора должна быть не менее 1,5мкВт. Электрооптический двухразрядный ИО-АЦП может быть выполнен на волноводных модуляторах, объединенных в одну ОИС с помощью направленных ответвителей. Несмотря на более сложную структуру, такой ИО-АЦП имеет ряд преимуществ перед ранее рассмотренным преобразователем, в частности более низкий уровень вносимых потерь (<10 дБ), высокий контраст, а также более низкий уровень ошибок преобразования [83].
Электрические ИО-АЦП имеют ряд преимуществ перед другими методами аналого-цифрового преобразования. Во-первых, ИО-АЦП такого типа имеют достаточно простую конструкцию, так как на каждый двоичный разряд в этом случае требуется только по од-
га7 IO6 IO3 /.отсчст/с
8
Рис. 7.7. Зависимость максимально допустимой длительности импульса выборки тд от частоты дискретизации f для -значений числа разрядов M= = 2 (/); 4 (2); 6 (3) [80]
Рис. 7.8. Зависимость достижимого числа разрядов N от частоты дискретизации f для Я=0,85 мкм:
1 — мощность аналогового сигнала 10 Вт; 2 — 1 Вт; 3 — длительность импульса выборки тл = 50 пс; / — область, соответствующая модуляторам с сосредоточенными параметрами; // — модуляторам бегущей волны [80]
.179 ному модулятору и одному фотоприемнику. Во-вторых, такой АЦП обеспечивает развязку аналогового сигнала от оптических импульсов, осуществляющих выборку, что устраняет нежелательные искажения сигналов. В-третьих, высокое быстродействие ИО-АЦП (свыше 1 ГГц) с очень короткими импульсами выборки обеспечивается при применении полупроводниковых лазеров с синхронизацией мод. Несмотря на то что полоса пропускания выходных электронных цепей электрооптического ИО-АЦП должна соответствовать частоте дискретизации, ни к одной цепи не предъявляется требование пропускания более широкой полосы, соответствующей спектру коротких оптических импульсов выборки. Разработанные ИО-АЦП представляют собой гибридную ОИС на основе ниобата лития, а в перспективе они могут быть выполнены как монолитные ОИС на основе полупроводниковых соединений A111Bv1 в частности GaAs.
Разработаны и экспериментально реализованы ИО-АЦП и других типов: ИО-АЦП на основе матрицы волноводных модуляторов поляризационного типа или матрицы волноводных электрооптически управляемых модуляторов Фабри — Перо, а также на основе волноводных акустооптических дефлекторов, которые могут быть выполнены в виде составных OB на кремниевой подложке. Общий принцип построения ИО-АЦП остается прежним, изменяется лишь метод преобразования аналогового электрического сигнала в ОИС (рис. 7.9). Однако в этом направлении нужны еще дополнительные исследования.
Наряду с ИО-АЦП разрабатываются и ИО-ЦАП. Для их построения используются волноводные электрооптические модуляторы на основе интерферометра Маха — Цендера и пространственные электрооптические модуляторы на дифракционных решетках в планарном OB [83]. Схема 4-разрядного электроопти-
Рис. 7.9. Схема 4-разрядного электрооптического АЦП на основе волноводных модуляторов Фабри—Перо: / — линейка полупроводниковых лазеров; 2 — зеркала резонатора Фабри—Перо; 3 — подложка с ОИС; 4 — электроды смещения; 5 — сигнальные электроды; 6 — канальные OB; 7 — линейка фотодетекторов; 8 — усилители; 9 — компараторы; 10 — усилитель входного аналогового сигнала
.180
Рис. 7.10. Схема 4-разрядного электрооптического ЦАП на основе волноводного модулятора Маха—Цендера:
1 — подложка с ОИС; 2 — интерферометр; 3 — электроды смещения; 4 — сигнальные электроды ческого ИО-ЦАП на основе волноводного модулятора интерфе-рометрического типа приведена на рис. 7.10. Такой ИО-ЦАП сформирован на монокристалле ниобата лития Z-среза, имеет длину 16 мм и может управляться 4-битовым словом. Для этого сигнальные электроды смещения модулятора выполнены в виде набора четырех электродов с длинами L, 2L, 4L и 8L соответственно. При управляющем полуволновом напряжении ?Л/2 = = 2,6 В, прикладываемом ко всем сигнальным электродам, глубина модуляции оптического излучения на выходе модулятора1 достигает 93%. Для осуществления цифро-аналогового преобразования сигналов электрические напряжения 4-битовой цифровой схемы должны быть преобразованы к напряжению U\/2 для всех разрядов и поданы на соответствующие сигнальные электроды ИО-ЦАП. Интенсивность оптического сигнала на выходе модулятора пропорциональна аналоговому представлению входного цифрового сигнала.
