光电振荡器与参量放大的性能及应用研究

论文摘要

本论文主要在光电振荡器(OEO)和光参量放大(FOPA)的性能改进与应用方面进行了研究。在OEO中,通过理论分析多个光纤环路之间的模式竞争效应提出可以在光域构建一个正交分、合路的无源双环路结构以抑制起振边模并能保持OEO的噪声性能。实验结果显示这种方案能达到预期的目的。提出了大信号直接调制加相位调制产生光窄脉冲方案并将它与OEO系统融合得到了光窄脉冲与电时钟信号发生的装置。在10GHz工作频率下,通过实验,再次验证了光域双环路对边模的抑制,最终产生了脉宽为6.5ps,具有141fs低抖动性能的光窄脉冲和高品质电时钟信号。将电编码器和相位调制器置于OEO系统中,并采用双波长注入的方式可以实现多功能的信号产生。双波长的注入可以避免编码信号中的非时钟分量进入振荡环路影响时钟质量;相位调制可以完成一个波长上的NRZ到RZ的码型转换并在另一个波长产生时钟光脉冲。实验系统自由运转结果表明,这种设计可以同时产生NRZ、RZ、光时钟脉冲和电时钟信号。在FOPA中,利用对抽运光的正弦强度调制可以通过参量放大作用在直流信号光上产生光脉冲。通过理论分析提出若对直流信号光的同频强度或相位调制可以在固定抽运功率的情况下改善脉冲性能,并给出了实验证明。对抽运光进行相位调制是抑制受激布里渊散射(SBS)的常用方法,但是它会引起所生成闲频光光谱的展宽,影响FOPA的应用。通过理论分析指出,在双抽运FOPA结构下,可以利用对两路抽运光的反相相位调制得到无展宽的闲频光光谱。经过实验,首次演示了多路正弦信号的反相相位调制得到了理想的闲频光光谱。与传统PRBS反相调制相比,这种方法对系统器件性能的要求更低。双抽运的FOPA具有平坦的增益带宽,可以用于多波长变换(组播)。在理论上分析了这种系统的工作原理,提出了将信号光用作一路抽运光的多波长实验方案。进一步还提出了若将另一路抽运光采用正弦强度调制可以在实现多波长变换的同时完成NRZ到RZ的码型转换。实验验证了所提出的方案,并表明利用FOPA进行波长变换还可以使信号获得一定程度的再生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波光子技术的发展概况
• 1.2 微波信号的光纤传输（ROF）
• 1.3 微波光子信号的产生
• 1.3.1 电光调制法
• 1.3.2 外差法
• 1.3.3 谐波频率产生
• 1.4 光电微波振荡器
• 1.4.1 光电微波振荡器基本原理及研究现状
• 1.4.2 单模起振与边模抑制
• 1.4.3 相位噪声抑制
• 1.4.4 提高频率稳定性
• 1.5 OEO的应用
• 1.5.1 光脉冲输出
• 1.5.2 时钟提取
• 1.6 光纤参量放大器
• 1.6.1 光纤光放大器比较
• 1.6.2 光参量放大过程中的受激布里渊散射
• 1.6.3 光纤参量放大的应用
• 1.7 本论文的主要工作和内容
• 第二章 光电振荡器的性能分析
• 2.1 微波光子信号的性能评价及影响因素
• 2.1.1 微波信号的品质分析
• 2.1.2 色散对微波光子信号传输的影响
• 2.1.3 偏振模色散对微波光子信号传输的影响
• 2.1.4 激光器噪声对微波光子信号的影响
• 2.2 OEO的性能分析
• 2.2.1 阈值条件
• 2.2.2 起振频率与振幅
• 2.2.3 频谱特性
• 2.3 噪声抑制原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 光域构建的双环路OEO
• 3.1 多环路结构抑制边模的理论分析
• 3.2 现有多环路OEO实现方案
• 3.3 光域双环路OEO
• 3.3.1 系统结构
• 3.3.2 光域双环路结构的噪声分析
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于OEO的光脉冲源和多功能信号发生器
• 4.1 基于OEO的窄脉冲源
• 4.1.1 窄脉冲产生原理
• 4.1.2 基于OEO的窄脉冲产生方案
• 4.1.3 实验结果及分析
• 4.2 基于OEO的多功能信号产生
• 4.2.1 系统工作原理
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 光纤光参量放大的理论模型及应用研究
• 5.1 光纤光参量放大的理论模型
• 5.1.1 四波混频
• 5.1.2 参量放大
• 5.2 光参量放大的应用研究
• 5.2.1 参量放大光脉冲源的改善
• 5.2.2 反相相位调制对闲频光光谱展宽抑制的研究
• 5.2.3 基于双抽运光纤光参量放大的全光多波长变换与码型转换
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 存在的不足与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢