一种光学数模转换器和光学数模转换装置的制作方法

本申请属于信号处理，具体而言，涉及一种光学数模转换器和光学数模转换装置。

背景技术：

1、数模转换器(digital analog converter)简称dac，是电子和光电信号处理和数据传输中的关键部件，其功能是将数字信号转换为模拟信号，被外界(包括人或外部设备)识别。然而传统的电子学dac由于射频延迟、时间抖动和电磁干扰等电子固有限制，无法同时提高转化速率与转化精度，也无法满足现有信号处理系统大带宽、高精度的需求。

2、随着光子器件和技术的发展，光子dac可以避免传统电子dac在能量效率和带宽间权衡的缺陷。利用光学芯片实现dac功能是一种新的技术路径，光学dac具有低时延、高带宽、抗电磁干扰等优势。目前现有的光学dac方案，多是采用多个激光器分别产生不同波长、不同强度的光，然后对不同波长的光进行强度调制后利用波分复用器合束实现信号转换，如cn111208690a中的技术；或者多个激光器发出相同波长、相同强度的光，然后分别进行衰减实现信号转换，如cn104133336b中的技术方案，然而以上方法存在所需激光器多、激光器能量利用率低、整体功耗较大等问题，增加成本和全片集成的难度。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种光学数模转换器和光学数模转换装置，通过对单个激光器输出的光脉冲分束并分别对分束后的光束进行不同比例的放大，然后基于外部输入的数字信号对放大后的不同光束进行相应强度调制，经过调制后的多个光束合束形成模拟光信号，实现了只需一个激光器即可完成数字信号转换为模拟信号，提高激光利用率的同时降低了成本和功耗。具体方案如下：

2、本申请公开了一种光学数模转换器，包括激光器、1×n分束器、n个光放大器、n个强度调制模块和合束器；

3、所述激光器用于周期性输出光脉冲；所述1×n分束器具有n个输出端，用于将接收的每个光脉冲平均分为n束，每个输出端用于输出一份光束；n个所述光放大器的输入端与所述1×n分束器的n个输出端一一对应连接，n个所述光放大器按等比递增的方式分别对接收光束的能量依次放大；n个所述强度调制模块的输入端与n个所述光放大器的输出端一一对应连接，所述强度调制模块基于外部输入的数字信号对接收的光束进行强度调制；所述合束器用于对n个所述强度调制模块输出的光束合束，具有n个输入端且n个输入端与n个所述强度调制模块的输出端一一对应连接。

4、进一步地，所述激光器、所述1×n分束器、n个所述光放大器、n个所述强度调制模块和所述合束器集成在一个光学芯片上。

5、优选地，所述1×n分束器为1×n光纤耦合器或1×n多模干涉仪。

6、优选地，所述强度调制模块为mz干涉仪或强度调制器。

7、优选地，所述合束器为模分复用器或由若干个y型波导级联组成。

8、优选地，所述光放大器为半导体光放大器。

9、优选地，所述激光器为三五族半导体激光器。

10、进一步地，所述模分复用器包括n个弯曲波导和一个总线直波导，所述总线直波导由n个宽度依次递增的直波导组成，每个所述弯曲波导与一个所述直波导形成倏逝耦合区。

11、第二方面，本申请公开了一种光学数模转换装置，包括光电探测器和如上述所述的光学数模转换器，所述光电探测器与所述光学数模转换器连接，用于将所述光学数模转换器输出的光能量信号转换为模拟电流信号。

12、进一步地，所述光学数模转换装置还包括跨阻放大器，所述跨阻放大器与所述光电探测器连接，用于将所述光电探测器输出的模拟电流信号转换为模拟电压信号。

13、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

14、本申请提供了一种光学数模转换器和光学数模转换装置，光学数模转换器包括激光器、1×n分束器、n个光放大器、n个强度调制模块和合束器，通过对单个激光器输出单一波长的光脉冲分束并分别对分束形成的n个光束进行不同比例的放大，然后n个强度调制模块基于外部输入的数字信号对放大后的不同光束进行相应强度调制，经过调制后的多个光束通过合束器合束形成模拟光信号，实现了只需一个激光器即可完成数字信号转换为模拟信号，提高激光利用率的同时降低了成本和功耗。此外本申请中的激光器、1×n分束器、n个光放大器、n个强度调制模块和合束器可以采用单片集成工艺在衬底上一体化制作，集成在一个光学芯片上，提高了系统的稳定性。本申请不仅可以可实现二进制加权数模转换，还可以实现任意m进制加权数模转换(m≥3)。

技术特征：

1.一种光学数模转换器，其特征在于，包括激光器、1×n分束器、n个光放大器、n个强度调制模块和合束器；

2.根据权利要求1所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述激光器、所述1×n分束器、n个所述光放大器、n个所述强度调制模块和所述合束器集成在一个光学芯片上。

3.根据权利要求1所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述1×n分束器为1×n光纤耦合器或1×n多模干涉仪。

4.根据权利要求1或2所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述强度调制模块为mz干涉仪或强度调制器。

5.根据权利要求1或2所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述合束器为模分复用器或由若干个y型波导级联组成。

6.根据权利要求1或2所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述光放大器为半导体光放大器。

7.根据权利要求1或2所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述激光器为三五族半导体激光器。

8.根据权利要求5所述的一种光学数模转换器，其特征在于，所述模分复用器包括n个弯曲波导和一个总线直波导，所述总线直波导由n个宽度依次递增的直波导组成，每个所述弯曲波导与一个所述直波导形成倏逝耦合区。

9.一种光学数模转换装置，其特征在于，包括光电探测器和如权利要求1-8任一项所述的光学数模转换器，所述光电探测器与所述光学数模转换器连接，用于将所述光学数模转换器输出的光能量信号转换为模拟电流信号。

10.根据权利要求9所述的一种光学数模转换装置，其特征在于，还包括跨阻放大器，所述跨阻放大器与所述光电探测器连接，用于将所述光电探测器输出的模拟电流信号转换为模拟电压信号。

技术总结本申请公开了一种光学数模转换器和光学数模转换装置，光学数模转换器包括激光器、1×N分束器、N个光放大器、N个强度调制模块和合束器；激光器周期性输出光脉冲，1×N分束器通过对单个激光器输出单一波长的光脉冲分束形成N个光束，N个光放大器按等比递增的方式分别对接收光束的能量依次放大，N个强度调制模块基于外部输入的数字信号对放大后的不同光束进行相应强度调制，经过调制后的多个光束通过合束器合束形成模拟光信号，实现了只需一个激光器即可完成数字信号转换为模拟信号，提高激光利用率的同时降低了成本和功耗。本申请不仅可以可实现二进制加权数模转换，还可以实现任意M进制加权数模转换(M≥3)。技术研发人员：安雪碧,吴陈波,赵远洋受保护的技术使用者：合肥硅臻芯片技术有限公司技术研发日：20231124技术公布日：2024/6/5