光信号数字模拟转换装置和光信号数字模拟转换方法
阅读说明：本技术 光信号数字模拟转换装置和光信号数字模拟转换方法 (Optical signal digital-to-analog conversion device and optical signal digital-to-analog conversion method ) 是由 锁靖 李彦波 宋小鹿 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本申请提供光信号数字模拟转换方法和光信号数字模拟转换装置。本申请的光信号数字模拟转换装置中,可以通过波分解复用器对接收的不同频率的光信号进行分离,并从不同的输出端口向不同的光信号转换器输出不同频率的光信号；每个光信号转换器基于各自接收的第一光信号和第二光信号生成第三光信号,并从各自的输出端口向同一个合束器输出各自生成的第三光信号,其中,每个光信号转换器接收的第一光信号的频率和第二光信号的频率之间的差值与生成的第三光信号的功率呈线性关系；合束器将多个输入端口接收的光信号汇合成一束光信号,并从输出该光信号。本申请提供的技术方案可以实现光信号的数字模拟转换。(The application provides an optical signal digital-to-analog conversion method and an optical signal digital-to-analog conversion device. In the optical signal digital-analog conversion device, the received optical signals with different frequencies can be separated through the wavelength division demultiplexer, and the optical signals with different frequencies are output to different optical signal converters from different output ports; each optical signal converter generates a third optical signal based on the first optical signal and the second optical signal received by the optical signal converter respectively, and outputs the third optical signal generated by the optical signal converter respectively to the same beam combiner from the output port of the optical signal converter respectively, wherein the difference between the frequency of the first optical signal received by each optical signal converter and the frequency of the second optical signal is in a linear relation with the power of the generated third optical signal; the beam combiner combines the optical signals received by the plurality of input ports into a light signal and outputs the light signal. The technical scheme provided by the application can realize digital-to-analog conversion of the optical signal.)
技术领域
本申请涉及光信号处理领域，具体地，涉及光信号数字模拟转换装置和光信号数字模拟转换方法。
背景技术
数模转换(digital-analog conversion，DAC)是指将数字量转变成模拟量的过程，实现数模转换的器件可以称为数模转换器。数模转换作为联系现实物理世界与用于传输存储数字信息的虚拟数据世界的纽带，是信号处理领域中的关键技术之一。
伴随着人们对信息处理速度要求的日益提高，数据转换技术近年来也经历了一个飞速发展的过程。其中，由于光信号具有高采样率、超低时间抖动、高带宽等优势，本领域提出可以利用光信号来实现数模转换，以提高数模转换器的性能，因此，如何基于光信号来实现数模转换，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供光信号数字模拟转换装置和光信号数字模拟转换方法，能够基于光信号来实现数模转换。
第一方面，本申请提供了一种光信号数字模拟转换装置。该装置包括：波长解复用器、多个光信号转换器和合束器。所述波分解复用器包括第一输入端口和多个第一输出端口。所述光信号转换器包括第二输入端口、第三输入端口和第二输出端口。所述合束器包括多个第四输入端口和第三输出端口。所述波分解复用器的多个第一输出端口与所述多个光信号转换器的第二输入端口一一相连。所述多个光信号转换器的第二输出端口与所述合束器的多个第四输入端口一一相连。所述波分解复用器用于：对第一输入端口接收的不同频率的光信号进行分离，并从所述多个第一输出端口中不同的第一输出端口输出不同频率的光信号。所述多个光信号转换器中的每个光信号转换器用于：基于第二输入端口接收的第一光信号和第三输入端口接收的第二光信号生成第三光信号，并从第二输出端口输出所述第三光信号，其中，所述第一光信号的频率和所述第二光信号的频率之间的差值与所述第三光信号的功率呈线性关系。所述合束器用于：将多个第四输入端口接收的光信号汇合成一束光信号，并从第三输出端口输出所述一束光信号。
也就是说，波分解复用器包括至少一个输入端口和多个输出端口，将这至少一个输出端口中的一个输入端口称为第一输入端口，这多个输出端口中的每个输出端口称为第一输出端口。波分解复用器也可以称为波长分解复用器或波长解复用器。
每个光信号转换器包括至少两个输入端口和至少一个输出端口，这两个输入端口中一个输入端口称为第二输入端口，另一个输入端口称为第三输入端口，该输出端口称为第二输出端口。其中，每个光信号转换器的第二输入端口与波分解复用器的多个第一输出端口中的一个第一输出端口相连，不同光信号转换器的第二输入端口与波分解复用器的多个第一输出端口中不同的第一输出端口相连。每个光信号转换器的第二输入端口输入的光信号称为第一光信号，第三输入端口输入的光信号称为第二光信号，第二输出端口输出的光信号称为第三光信号。
通常来说，不同光信号转换器的第二输入端口输入的第一光信号的频率不同，这些不同频率的第一光信号对应不同数值的数字信号。
第一光信号与第二光信号之间的频率差等于第二光信号与第三光信号之间的频率差的情况下，不同光信号转换器的第二输入端口输入的第二光信号的频率可以相同，也可以不同。不同光信号转换器的第二输出端口输出的第三光信号的频率可以相同，也可以不同。但是，通常来说，所述多个光信号转换器中，不同的光信号转换器输出的第三光信号的频率相同。这样更方便选择第二光信号的频率，以使得基于第一光信号与第二光信号的频率差得到功率满足需求的第三光信号。
每个光信号转换器的第二输入端口输入第一光信号，且第三输入端口输入第二光信号之后，该第一光信号和第二光信号在该光信号转换器中产生非线性效应，生成第三光信号，并从第二输出端口输出第三光信号。其中，每个光信号转换器输入的第一光信号的频率与第二光信号的频率之间的差值，与生成的第三光信号的功率之间呈线性关系。因此，针对每个光信号转换器，可以通过控制输入其第二输入端口的第一光信号的频率和输入其第三输入端口的第二光信号的频率，来控制器第二输出端口输出的第三光信号的功率。这样，可以将数字信号中不同的数值对应(或者可以说编码成)不同频率的第一光信号，然后将不同频率的第一光信号输入到不同的光信号转换器的第二输入端口，并向这些光信号转换器的第三输入端口分别输入相应频率的第二光信号，以使得这些不同的光信号转换器的第二输出端口输出的第三光信号的功率不同，这些不同的功率即可对应模拟信号的不同幅值，从而实现数字光信号到模拟光信号的转换。
本申请中的光信号数字模拟转换装置中，不同的光信号转换器转换得到不同功率的第三光信号之后，这些第三光信号可以输入到同一个合束器中，从该合束器的同一个端口输出，以便于后续处理，例如对合束器输出的光信号进行光电转换，从而得到模拟电信号。合束器的输入端口可以称为第四输入端口，合束器的输出端口可以称为第三输出端口。
当然，也可以是不同的光信号转换器连接不同的光电转换器，这些光电转换器对各自输入的第三光信号进行光电转换之后，再输入到电信号合束器，以将不同光电转换器输出的模拟电信号合成一束电信号，从该电信号合束器的同一个端口输出。
在一些实现方式中，本申请的光信号转换器接收第一光信号和第二光信号之后，可以通过受激四波混频这一三阶非线性效应来生成第三光信号。其中，受激四波混频是指一个频率为ωs、动量为ks、功率为ps的信号光，以及两个频率分别为ωp1和ωp2、动量分别为kp1和kp2、功率分别为pp1和pp2的泵浦光，入射到三阶非线性媒质之后，生成一个频率为ωi、动量为ki、功率为pi的闲频光，这四组光满足能量守恒定律和动量守恒定律。并且，将两个泵浦光相同或者将同一束泵浦光的两个相同的分量作为这两个泵浦光时，该受激四波混频成为简并的受激四波混频。
简并的受激四波混频效应中，固定泵浦光和信号光的功率以及固定闲频光的频率的情况下，可通过控制信号光与泵浦光之间的频率的差值，来控制闲频光的功率，具体地，该差值越大，闲频光的功率越大。这样，可以将信号光的频率信息转换为闲频光的功率信息。
例如，本申请中的第一光信号即为信号光，第二光信号即为包含两束相同分量的泵浦光，第三光信号即为闲频光。其中，通过控制不同光信号转换器输出的第一光信号和第二光信号的频率差值的变化，使得不同光信号转换器输出的第三光信号的功率值呈线性关系。这样，多个光信号转换器在时间上连续输出的第三光信号即构成连续的模拟信号。
在一些可能的实现方式中，所述装置还包括多个第一滤波器。所述多个第一滤波器与所述多个光信号转换器的第三输入端口一一相连。所述多个第一滤波器中的每个第一滤波器用于：向与所述每个第一滤波器相连的光信号转换器过滤输出所需频率的第二光信号。
也就是说，先通过各个光信号转换器对应的第一滤波器进行过滤，以过滤掉其他波长的光信号，仅留下各个光信号转换器所需频率的第二光信号输入到各个光信号转换器，该所需频率是指：与输入各个光信号转换器的第一光信号的频率的差值，能够使得各个光信号转换器生成的第三光信号的功率，与第一光信号的频率表示的数字信号相对应。
这样可以保证输入每个光信号转换器不受其他光信号的干扰，能够保证每个光信号转换器的正常功能，从而提高光信号数字模拟转换器的转换性能。
在一些可能的实现方式中，所述装置还可以包括多波长光源。所述多波长光源与所述多个第一滤波器中每个第一滤波器相连，用于：生成多种频率的光信号。所述多种频率的光信号包括输入所述多个光信号转换器中每个光信号转换器的第二光信号。
也就是说，由同一个光源来生成多个光信号转换器所需频率的第二光信号，这些第二光信号经由相应的第一滤波器过滤并输出到相应的光信号转换器中。
本申请的一些实现方式中，所述装置还可以包括多个单波长光源，所述多个单波长光源与所述多个光信号转换器的第三输入端口一一相连。所述多个单波长光源中的每个单波长光源用于：生成与所述每个单波长光源相连的光信号转换器所需的第二光信号。
也就是说，该装置中每个光信号转换器的第二光信号由单独的光源提供，进一步地，该光源可以是单波长光源，该单波长光源只要能提供满足该光信号转换器所需频率的第二光信号即可。
可以理解的是，本申请的装置也可以预留输入端口，该输入端口能够外接单波长光源。
可以理解的是，本申请的装置中可以即包括多波长光源，又可以包括单波长光源。例如，由多波长光源为其中一部分光信号转换器提供所需频率的第二光信号，由单波长光源为其他光信号转换器提供所需频率的第二光信号。
本申请的一些实现方式中，所述装置还包括可以多个第二滤波器。其中，所述多个光信号转换器与所述合束器通过所述多个第二滤波器一一相连。所述第二滤波器用于：向所述合束器过滤输出所述多个光信号转换器中每个光信号转换器生成的第三光信号。
也就是说，每个光信号转换器输出的光信号可以先经过相连的第二滤波器的过滤，过滤掉其他波长的光信号，仅过滤输出第三光信号给合束器。这样可以避免其他波长的光信号的功率的干扰，从而可以提高本申请装置的数模转换性能。
可以理解的是，本申请的装置在包括多个第二滤波器的情况下，可以不包括合束器。例如，可以预留输出端口，外接合束器；又如，可以预留输出端口，外接光电转换器；再如，可以预留接口，外接模拟信号处理装置，其中，该模拟信号处理装置的输出端口可以与光信号模拟数字转换装置连接。
本申请的一些实现方式中，所述装置还可以包括第二滤波器，所述第二滤波器与所述合束器的第三输出端口相连。所述第二滤波器用于：过滤输出所述多个光信号转换器中每个光信号转换器生成的第三光信号。通过过滤掉其他波长的光信号，仅输出由光信号转换器生成的第三光信号，以避免其他光信号的功率干扰，从而提高数字模拟转换性能。
可以理解的是，不同的光信号转换器输出的第三光信号的频率不同的情况下，该第二滤波器通常为宽带滤波器，应能过滤输出所有不同频率的第三光信号。
可以理解的是，本申请的装置包括第二滤波器的情况下，本申请的装置还可以包括光电转换器，该光电转换器的输入端口与第二滤波器的输出端口相连，该光电转换器用于将第三光信号转换为电信号。
例如，不同的光信号转换器输出的第三光信号的频率不同的情况下，该第二滤波器向光电转换器输出不同频率的第三光信号之后，光电转换器可以将第三光信号转换为模拟电信号，方便后续装置或设备使用模拟信号。
可以理解的是，本申请的装置包括第二滤波器的情况下，可以包括前述第一滤波器，也可以不包括前述第一滤波器。
本申请的一些实现方式中，光信号转换器可以包括：微环谐振腔、法布里-珀罗谐振腔(Fabry–Pérot cavity，F-P谐振腔)或微盘谐振腔。其中，本申请的装置中的光信号转换器可以是同一种光信号转换器，也可以是不同的光信号转换器。
可以理解的是，本申请中的光信号数字模拟转换装置可以是光数字模拟转换器，或者可以是需要进行光信号数字模拟转换的电子设备。
第二方面，本申请提供了一种光信号数模转换方法。该方法包括：根据待转换的数字信号输出第一目标频率的第一光信号，不同的数字信号对应不同第一目标频率的第一光信号；利用非线性效应，根据所述第一目标频率的第一光信号和第二目标频率的第二光信号生成第三目标频率的第三光信号，其中，所述第一目标频率和所述第二目标频率之间的差值与所述第三光信号的功率呈线性关系；根据所述第三光信号输出模拟信号，所述模拟信号的幅值与所述第三光信号的功率之间满足预设的关系。
本申请的方法中，将数字信号中不同的数值编码在不同频率的第一光信号上，并利用第一光信号和第二光信号，通过非线性效应，生成功率与第一光信号和第二光信号的频率差具有对应关系的第三光信号，通过不同功率的第三光信号来确定模拟信号。
其中，根据所述第三光信号输出模拟信号，可以包括：直接将第三光信号作为模拟光信号来使用；或者可以包括：将第三光信号转换为电信号，从而得到模拟电信号。
在一些实现方式中，本申请的方法可以通过第一方面中相应的装置来实现。
本申请提供的装置和方法，可以做到实时数模转化，没有延时。因此，可以达到很好的转换速率。此外，才用光器件来完成数模转换，可支持大带宽信号的转换。综上，本申请提供的装置和方法可以实现高速、大带宽的信号数模转化。与其他光DAC相比，本申请提供的装置和方法简单，且能够做到全光数模转换，无需电信号处理的参与，可以完全摆脱电路速率和带宽的限制。
附图说明
图1是本申请第一个实施例的光信号数字模拟转换装置的结构示意图；
图2是本申请第一个实施例的信号频率与信号功率的对应关系示意图；
图3是本申请第二个实施例的光信号数字模拟转换装置的结构示意图；
图4是本申请第二个实施例的信号频率与信号功率的对应关系示意图；
图5是本申请第三个实施例的光信号数字模拟转换装置的结构示意图；
图6是本申请第四个实施例的光信号数字模拟转换装置的结构示意图；
图7是本申请第五个实施例的光信号数字模拟转换装置的结构示意图；
图8是本申请第三个实施例的信号频率与信号功率的对应关系示意图；
图9为本申请一个实施例的光信号数字模拟转换方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图1是本申请一个实施例的光信号数字模拟转换装置100的结构示意图。如图1所示，装置100可以包括一个波分解复用器110、N个光信号转换器和一个合束器130。其中，这N个光信号转换器分别记为120-1至120-N，N为大于1的整数。
波分解复用器110包括至少N个输出端口；光信号转换器120-1至光信号转换器120-N中每个光信号转换器至少包括两个输入端口和一个输出端口；合束器130至少包括N个输入端口和一个输出端口。
波分解复用器110的N个输出端口中的第i个输出端口与光信号转换器120-i的两个输入端口中的一个输入端口相连；光信号转换器120-i的输出端口与合束器130的第i个输入端口相连，其中，i的取值范围为从1到N，且为整数。
光信号转换器120-1至120-N中的光信号转换器可以是微环谐振腔、微盘谐振腔或F-P腔等。
在一些示例中，如图1所示，向波分解复用器按照时间先后顺序依次输入频率为ωs1、ωs3和ωs2的光信号，合束器130可以依次输出功率为pi1、pi3和pi2的光信号。
例如，数字信号按照时间顺序分别为1、3和2时，可以按照时间先后顺序依次向波分解复用器110输出频率为ωs1、频率为ωs3和频率为ωs2的第一光信号；波分解复用器110通过不同的输出端口向光信号转换器120-1至120-N中不同的光信号转换器分别输出频率为ωs1、频率为ωs3和频率为ωs2的第一光信号；并且，向输入频率为ωs1的第一光信号的光信号转换器同时输入频率为ωp1的第二光信号，向输入频率为ωs3的第一光信号的光信号转换器同时输入频率为ωp3的第二光信号，向输入频率为ωs2的第一光信号的光信号转换器同时输入频率为ωp2的第二光信号、不同光信号转换器中的光信号发生非线性效应之后，分别生成频率为ωi1且功率为pi1的第三光信号、频率为ωi3且功率为pi3的第三光信号和频率为ωi2、功率为pi2的第三光信号；相应地，合束器按照时间先后顺序先后输出功率为pi1、pi3和pi2的第三光信号。
其中，由于每个光信号转换器输入的第一光信号的频率ωs和第二光信号的频率ωp与第三光信号的功率pi满足如下关系式：
因此，可以通过控制输入到每个光信号转换器的第一光信号和第二光信号的频率，来控制输入每个光信号转换器的第一光信号和第二光信号的频率差Ω，从而控制每个光信号转换器生成的第三光信号的功率pi，进而使得pi3为pi1的三倍，pi2为pi1的两倍，最终实现数字信号到模拟信号的转换。
上述关系式中，“∝”表示呈正比关系，β为群速率色散参数，γ为三阶非线性媒质的非线性系数，L为三阶非线性媒质的长度，pp为第二光信号的功率，ps为第一光信号的频率。
上述示例中，数字信号1、3和2分别对应的第一光信号的频率、第二光信号的频率，以及第三光信号的频率和功率之间的对应关系的一种示例如图2所示。
图2的(a)为数字信号为1时的第一光信号的频率ωs1、第二光信号的频率ωp1、第三光信号的频率ωi1与第三光信号的功率pi1之间的关系示意图；图2的(b)为数字信号为3时的第一光信号的频率ωs3、第二光信号的频率ωp3、第三光信号的频率ωi3与第三光信号的功率pi3之间的关系示意图；图2的(c)为数字信号为2时的第一光信号的频率ωs2、第二光信号的频率ωp2、第三光信号的频率ωi2与第三光信号的功率pi2之间的关系示意图。
应理解，图2示出的三个第三光信号的频率相同，这仅是一种示例。图1所示的光信号数字模拟转换装置输出的不同功率的第三光信号的频率可以不同。
本申请另一个实施例的光信号数字模拟转换装置中，可以包含图1中所示的光信号转换器120-1至光信号转换器120-N和波分解复用器110，而不包含合束器130。该实施例的光信号数字模拟转换装置用于数字模拟信号转换时，外接合束器。
本申请另一个实施例的光信号数字模拟转换装置中，可以包含图1中所示的光信号转换器120-1至光信号转换器120-N和合束器130，而不包含波分解复用器110。该实施例的光信号数字模拟转换装置用于数字模拟信号转换时，外接波分解复用器110。
图3是本申请另一个实施例的光信号数字模拟转换装置300的结构示意图。如图3所示，光信号数字模拟转换装置300除了可以包括图1中的所有元器件，还可以包括多波长光源140和N个滤波器，这N个滤波器记为150-1至150-N。
多波长光源140包括N个输出端口；滤波器150-1至滤波器150-N中每个滤波器至少包括一个输入端口和一个输出端口。
多波长光源140的N个输出端口中的第i个输出端口与滤波器150-i的输入端口相连；滤波器150-i的输出端口与光信号转换器120-i的一个输入端口相连，该输入端口与与波分解复用器110相连的输入端口不是同一个输入端口。
在一些示例中，如图3所示，向波分解复用器同时输入频率为ω's1、ω's2和ω's3的光信号，且多波长光源140生成目标频段的光信号，该频段的光信号中包含频率为ω'p1、ω'p2、ω'p3，…，ω'pN的光信号时，合束器130可以输出功率为pi7的光信号。
例如，数字信号为7时，获取该数字信号的二进制编码“111”，然后向波分解复用器110输出目标光信号，该目标光信号中同时包括频率为ω's1、ω's2和ω's3的第一光信号。
波分解复用器110通过第一个输出端口、第二个输出端口和第三个输出端口分别输出频率为ω's1、ω's2和ω's3的第一光信号。这三个第一光信号分别输入到光信号转换器120-1、120-2和光信号转换器120-3中。
多波长光源140通过每个输出端口输出包含频率ω'p1、ω'p2、ω'p3，…，ω'pN的光信号。滤波器150-1、150-2和150-3接收到多波长光源140输出的光信号之后，分别过滤输出其中频率为ω'p1，ω'p2和ω'p3的第二光信号。
频率为ω's1的第一光信号和频率为ω'p1的第二光信号输入光信号转换器120-1之后，产生非线性效应，生成频率为ω'i1、功率为p'i1的第三光信号。频率为ω's2的第一光信号和频率为ω'p2的第二光信号输入光信号转换器120-2之后，产生非线性效应，生成频率为ω'i2、功率为p'i2的第三光信号。频率为ω's3的第一光信号和频率为ω'p3的第二光信号输入光信号转换器120-3之后，产生非线性效应，生成频率为ω'i3、功率为p'i3的第三光信号。
其中，由于每个光信号转换输入的第一光信号的频率ωs和第二光信号的频率ωp与第三光信号的功率pi满足如下关系式：
因此，可以通过波分解复用器110和滤波器150-1至150-N控制输入到每个光信号转换器的第一光信号和第二光信号的频率，以控制每个光信号转换器的第一光信号和第二光信号的频率差Ω，从而控制每个光信号转换器生成的第三光信号的功率，进而使得p'i2为p'i1的两倍，p'i3为p'i1的三倍。
合束器130将功率为p'i1的第三光信号、功率为p'i2的第三光信号和功率为p'i3的第三光信号合成一束光信号输出，该束光的功率pi7为p'i1、p'i2与p'i3的和，从而实现数字信号到模拟信号的转换。
上述示例中，二进制数字信号111中每个比特位上的“1”分别对应的第一光信号的频率和功率、第二光信号的频率和功率，以及第三光信号的频率和功率之间的对应关系的一种示例如图4所示。
图4的(a)为二进制数字信号“111”中第一个比特位上的1对应的第一光信号的频率、第二光信号的频率、第三光信号的频率与第三光信号的功率之间的关系示意图；图4的(b)为二进制数字信号“111”中第二个比特位上的1对应的第一光信号的频率、第二光信号的频率、第三光信号的频率与第三光信号的功率之间的关系示意图；图4的(c)为二进制数字信号“111”中第三个比特位上的1对应的第一光信号的频率、第二光信号的频率、第三光信号的频率与第三光信号的功率之间的关系示意图。
应理解，图4示出的三个第三光信号的频率相同，即ω'i1、ω'i2和ω'i3相同，这仅是一种示例。在实际应用中，这些第三光信号的频率可以不同。
本申请一些实施例的光信号数字模拟转换装置中，可以包含图3中的波分解复用器110、光信号转换器120-1至光信号转换器120-N、合束器130和滤波器150-1至滤波器150-N，即可以不包含多波长光源140。该实施例的光信号数字模拟转换装置用于进行数字模拟信号转换时，再外接多波长光源。
图5是本申请另一个实施例的光信号数字模拟转换装置的结构示意图。如图5所示，光信号数字模拟转换装置500除了可以包括图1中的所有元器件，还可以包括N个单波长光源，这N个单波长光源记为140-1至140-N。
单波长光源140-1至单波长光源140-N中每个单波长光源包括至少一个输出端口。单波长光源140-i的输出端口与光信号转换器120-i的一个输入端口相连，该输入端口与与波分解复用器110相连的输入端口不是同一个输入端口。
在一些示例中，如图5所示，向波分解复用器按照时间先后顺序依次输入频率为ωs1、ωs3和ωs2的光信号，合束器130可以依次输出功率为pi1、pi3和pi2的光信号。
光信号数字模拟转换装置500进行光信号数字模拟转换的原理和过程，与光信号数字模拟转换装置100进行光信号数字模拟转换的原理和过程相似。不同之处在于，光信号数字模拟转换装置500中的各个光信号转化器输入的第二光信号是由光信号数字模拟转换装置500中与各个光信号转换器相连的单波长光源生成的。
将光源集成在光信号数字模拟转换装置500中，可以减小实现数字模拟转换的装置的整体尺寸，从而可以扩大光信号数字模拟转换的应用范围。
本申请各个实施例的光信号数字模拟转换装置中，在每个光信号转换器之后，还可以包括至少一个滤波器，每个光信号转换器之后的该滤波器用于将接收到的光信号中由该光信号转换器生成的第三光信号过滤输出，以去除其他光信号的功率的影响。例如，在每个光信号转化器与合束器之间，可以包括至少一个滤波器。
例如，如图6所示，光信号数字模拟转换装置600除了可以包括光信号数字模拟转换装置300中的元器件，还可以包括N个滤波器，这N个滤波记为160-1至160-N。
滤波器160-1至滤波器160-N中每个滤波器至少包括一个输入端口和一个输出端口。
光信号转换器120-i的输出端口与滤波器160-i的输入端口相连；滤波器160-i的输出端口与合束器130的第i个输入端口相连。或者可以说，光信号转换器120-i通过滤波器160-i与合束器130相连，具体地，通过合束器130的第i个输入端口相连。
滤波器160-i用于将接收到的光信号中由光信号转换器120-i生成的第三光信号过滤输出给合束器130。
如图6所示，光信号数字模拟转换装置600还可以包括滤波器170。滤波器170的输入端口与合束器130的输出端口相连。滤波器170用于将接收到的光信号中由光信号转换器120-1至光信号转换器120-N生成的第三光信号过滤输出。
如图7所示，光信号数字模拟转换装置700除了可以包括光信号数字模拟转换装置500中的元器件，还可以包括N个滤波器，这N个滤波记为160-1至160-N。图7中的滤波器160-1至滤波器160-N的连接方式与功能可以参考图6中的滤波器160-1至滤波器160-N的连接方式与功能，在此不再赘述。
本申请各个实施例的光信号数字模拟转换装置中，在合束器130之后，还可以包括至少一个滤波器，用于将接收到的光信号中由所有光信号转换器生成的第三光信号过滤输出，以去除其他光信号的功率的影响。
例如，如图7所示，光信号数字模拟转换装置700还可以包括滤波器170。图7中的滤波器170的连接方式与功能可以参考图6中的滤波器170的连接方式与功能。
本申请各个实施例的光信号数字模拟转换装置中，在合束器130或滤波器170之后，还可以包括光电转换器，用于将接收到的光信号转换为电信号，以得到模拟电信号。例如，光信号转换器120-1至光信号转换器120-N输入相同频率的光信号时，本申请各个实施例的光信号模拟转换装置中，在合束器130或滤波器170之后，还可以包括光电转换器。
例如，光信号数字模拟转换装置700还可以包括光电转换器180。光电转换器180包括输出端口和输入端口，其输入端口与滤波器170的输出端口相连。
在一个示例中，单波长光源生成单一频率的信号光之后，该信号光经平均功分后，作为第二光信号，通过不同的输出端口输出给不同的光信号转换器。不同数值的数字信号对应不同频率的第一光信号(即数字信号编码在第一光信号的频率上)。针对每个光信号转换器，当第一光信号与第二光信号之间的频率差较小时，产生的第三光信号的功率较大，同理，当第一光信号与第二光信号的频率差较大时，产生的第三光信号的功率较小，且第一光信号与第二光信号之间的频率差与第三光信号的功率在一定范围内成线性关系。由于第三光信号与第二光信号之间的频率差与第一光信号与第二光信号之间的频率差为相反数，因此，不同的光信号转换器输出的第三光信号的频率不同。多个光信号转换器输出的多路第三光信号经过合束器之后，经过可以滤出所有频率的第三光信号的宽带滤波器之后，经过宽带的光电转换器将光信号转化为电信号，从而可以得到模拟的电信号输出。
如图8所示，按照时间先后顺序向波分解复用器110输入频率为ωs1、ωs3和ωs2的第一光信号，且单波长光源均产生频率为ωp的第二光信号之后，滤波器170按照时间先后顺序分别输出频率为ωi1、ωi3和ωi2的第三光信号。各个第一光信号、第二光信号与各个第三光信号的频率和功率之间的对应关系如图8(a)、如图8(b)和如图8(c)所示。
图9为本申请一个实施例的光信号数字模拟转换方法的示意性流程图。该方法可以包括S910至S930。
S910，根据待转换的数字信号输出第一目标频率的第一光信号。其中，不同的数字信号对应不同第一目标频率的第一光信号。
例如，前述实施例中数字信号3对应频率为ωs3的第一光信号；数字信号2频率为ωs2的第一光信号；数字信号1对应频率为ωs1的第一光信号。又如前述实施例的二进制数字信号“111”中的第一个比特“1”对应频率为ω's1的第一光信号；第二个比特“1”对应频率为ω's2的第一光信号；第三个比特“1”对应频率为ω's3的第一光信号。
S920，利用非线性效应，根据所述第一目标频率的第一光信号和第二目标频率的第二光信号生成第三目标频率的第三光信号，其中，所述第一目标频率和所述第二目标频率之间的差值与所述第三光信号的功率呈线性关系。
例如，前述实施例中频率为ωs1的第一光信号与频率为ωp1的第二光信号在光信号转换器中发生非线性效应之后，生成功率为pi1的第三光信号；频率为ωs3的第一光信号与频率为ωp3的第二光信号在光信号转换器中发生非线性效应之后，生成功率为pi3的第三光信号，且pi3为pi1的三倍；频率为ωs2的第一光信号与频率为ωp2的第二光信号在光信号转换器120-2中发生非线性效应之后，生成功率为pi2的第三光信号，且pi2为pi1的两倍。又如，前述实施例中，频率为ω's1的第一光信号和频率为ω'p1的第二光信号，产生非线性效应，生成频率为ω'i1、功率为p'i1的第三光信号；频率为ω's2的第一光信号和频率为ω'p2的第二光信号，产生非线性效应，生成功率为p'i2的第三光信号，且p'i2为p'i1的两倍；频率为ω's3的第一光信号和频率为ω'p3的第二光信号，产生非线性效应，生成功率为p'i3的第三光信号，且p'i3为p'i1的三倍。
S930，根据所述第三光信号输出模拟信号。其中，所述模拟信号的幅值与所述第三光信号的功率之间满足预设的关系。
例如，上述实施例中的合束器130将各个光信号转换器生成的第三光信号合成一束光信号，并输出。又如，上述实施例中的滤波器170将合束器130输出的光信号中的第三光信号过滤输出。再如，上述实施例中的光电转换器180将滤波器170输出的第三光信号转换为电信号，从而得到模拟电信号。
本申请一个实施例中的芯片或电子设备可以包括图1、图3、图5至图7中任意一个所示的光信号数字模拟转换装置。该电子设备可以是任意需要进行数模转换的通信设备或计算设备。该芯片可以是任意需要进行数模转换的通信芯片或计算芯片。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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