Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотренный ИО-коррелятор называется цифровым потому, что он работает с данными, представленными в цифровой форме, хотя само устройство полностью аналоговое. Другой тип 174 цифрового полностью электрооптического ИО-коррелятора (кон-вольвера) рассмотрен в [185]. Такое устройство, выполненное на планарном OB на основе ниобата лития (см. рис. 7.5), обеспечивает программируемую обработку цифровых данных с максимальным произведением длительности сигнала на полосу частот тА/ «103. Однако экспериментально ИО-коррелятор (конвольвер) такого типа еще не реализован. Другие аналоговые ОИС для обработки аналоговых высокочастотных сигналов, такие, как акусто-оптические пространственно-интегрирующие и время-интегрирую-щие корреляторы и конвольверы, с точки зрения практической реализации разработаны в меньшей степени, хотя потенциально позволяют обеспечить произведение тА/~103 и динамический диапазон свыше 80 дБ [83].
7.5. ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Интегрально-оптические АЦП (ИО-АЦП) [76, 80, 83] являются многообещающими устройствами для таких областей применения, как широкополосная связь, радиолокация, радиопротиводействие, где требуется высокая частота дискретизации (примерно IO9 отсчет/с) для преобразования широкополосных аналоговых сигналов- Впервые ИО-АЦП был предложен Г. Тейлором и описан в [186]. В настоящее время разработаны ИО-АЦП различных типов [76, 80, 83, 187]. Наиболее перспективны ИО-АЦП на основе волноводных электрооптических модуляторов интерферометрического типа (интерферометров Маха—¦ Ценд ера).
Схема 4-разрядного электрооптического АЦП на основе волноводных модуляторов типа Маха — Цендера приведена на рис. 7.6. Аналоговый сигнал U (Z) подается на матрицу волноводных электрооптических модуляторов, каждый из которых соответствует двоичному разряду преобразователя. Выходные сигналы модулятора воспринимаются фотоприемниками и с помощью быстродействующих электронных компараторов сравниваются с опорным сигналом, поступающим от общего источника оптического излучения. Для каждого разряда генерация бинарного сигнала (единицы или нуля) зависит соответственно от того, превышает выходной сигнал модулятора значение опорного сигнала, которая выбрана равной /0/2 (где I0 — максимальная интенсивность выходного сигнала модулятора), или он меньше ее (рис- 7.6,6). Аналоговый сигнал дискретизируется оптическим методом с помощью последовательности коротких оптических импульсов с требуемой частотой повторения, которые одновременно поступают на модуляторы и в опорный канал.
Цифровое представление аналогового сигнала, показанное на рис. 7.6,6, является кодом Грея, который используется во многих типах АЦП. В этом коде на каждом шаге квантования цифровой
.175 itx
1 '
-ООл—
10 11 IZ
-QOiH-
-QO
-OOtD-^
10 11 12
1T-TLrLTLTL
сзр
'S) "
Рис. 7.6. Схема 4-разрядного электрооптического АЦП на основе волноводных интерферометров Маха — Цендера (а) и зависимости интенсивности оптического излучения на выходе модуляторов (вверху) и сигнала компараторов (внизу) от амплитуды аналогового сигнала U для различных разрядов (б):
штриховая линия — уровень, соответствующий /а/2; 1 — импульсное лазерное излучение; 2— подложка с ОИС; 3—6 — модуляторы МЗР, ПЗР, B3P н СЗР соответственно; 7 — оптический опорный сигнал; 8 — сигнальные электроды; 9 — электроды смещения; 10— фотодетектор; H — усилитель; 12 — компаратор; 13 — усилитель входного аналогового сигнала
сигнал меняется только в одном разряде, следовательно, малые погрешности при переходе от числа к числу не могут привести к накоплению ошибок преобразования на нескольких шагах. В этом случае напряжение Uq, соответствующее шагу квантования, для М-разрядного преобразователя равно половине полуволнового напряжения Uці канала младшего значащего разряда (МЗР):
Uq = X d/2 г и п\ Ln , (7.4)
.176 \
где Ln — длина сигнальных электродов в канале МЗР. С ростом значимости разряда значение t/1/2 последовательно увеличивается в 2 раза для каждого последующего разряда, а длина электродов соответственно в 2 раза уменьшается. Таким образом, в общем случае длина сигнальных электродов Ln есть
Ln = Ln, (7.5
где л= 1 соответствует старшему значащему разряду (СЗР), п = = 2 — второму значащему разряду (ВЗР), ti = N—1 — предпоследнему значащему разряду (ПЗР), a ti = N—МЗР. Достоинством кода Грея является и то, что для его реализации АЦП требует в 2 раза меньшее напряжение, чем при эквивалентном двоично-взвешенном коде [80].
Статические сдвиги фаз Фоп, необходимые для реализации кода Грея, обеспечиваются подачей к электродам смещений напряжений, удовлетворяющих следующим условиям: Ф0і=я/2 при п= 1, Ф02 = 0 при п = 2 и Ф0п=я; при /г>2. В рассматриваемой схеме преобразования единице соответствует выходная интенсивность />/о/2. Инвертированием значений каждого разряда и применением сигналов одной полярности можно добиться того, чтобы во всех каналах, кроме СЗР, напряжения смещений были бы равны нулю. На практике постоянные смещения во всех каналах ИО-АЦП используются также для компенсации разбаланса фаз, возникающего в плечах волноводных модуляторов.
