微波光子发生器与可调OCSR光单边带调制技术研究

论文摘要

微波光子学将微波学和光子学融合在一起,成为一个全新的技术领域,为光子技术和微波、毫米波的集成在远程宽带通信、射电天文学、微波/毫米波成像和雷达系统等民用和军用领域的发展打开了一扇神奇的、充满希望的大门。作为一门新兴的学科,其研究范围包括微波光子发生器、微波/毫米波频段的光电子器件、光控微波器件、光载无线（RoF）通信系统等。本文结合所承担的国家自然科学基金重点项目和面上项目,针对微波光子发生器和可调光载波边带比（OCSR）光单边调制技术,开展了一系列深入的理论、仿真及实验研究,取得的主要创新成果如下：1、提出并研究了两种基于高斯电脉冲调制的脉冲无线电超宽带（IR-UWB）光子发生器结构,两种结构分别利用了调制器的线性调制区域和两类特殊调制区域,应用相位调制-强度调制映射关系及脉冲波形构造原理,获得了IR-UWB脉冲。各方案中,改变高斯电脉冲的相对时延都可实现IR-UWB脉冲的正负极性或波形之间的切换。2、提出并研究了两种基于连续光射频调制的周期性三角形光脉冲串光子发生器结构,两种结构分别利用了光纤色散所致的射频功率衰落效应和偏振复用及偏振调制的特性,实现了光强度表达式向三角形傅立叶级数的有效逼近,获得了重复频率二倍于射频调制频率的周期性三角形光脉冲串。3、提出并研究了两种具有非相干双光源结构的八倍频毫米波光子发生器结构,两种结构分别对现有的二次外差技术和前向调制技术进行了改进,利用各自在消除相位噪声方面的特性,抵消两个激光器各自的相位噪声,获得八倍于射频调制频率的毫米波信号,由于其频率与光源波长间隔无关,频率稳定性高。4、实验制作了一个具有倒三角形透射谱的啁啾光纤光栅,并将其应用于光单边带滤波以及OCSR调节中,该方案利用该光栅透射谱范围内大的负向斜边,在实现光单边带滤波的同时也降低了OCSR,可提高RoF模拟光链路的接收灵敏度。5、实验制作了一个保偏光纤光栅,并将其应用在可调OCSR的光单边带调制技术中,光栅首先将光单边带调制信号的光载波与调制光边带分离并置于两个正交的偏振态上,然后利用反射谱偏振相关特性对单边带调制信号OCSR进行大范围调谐,可提高RoF模拟光链路的接收灵敏度。此外,论文还对多个副载波复用的情况下的OCSR进行了分析和研究。6、实验研究了一种基于双平行马赫曾德尔调制器的可调OCSR光单边带调制方案,方案利用调制器内部的三个独立调制单元,分别实现光单边带调制、光载波移相和光信号干涉,改变其中一个调制单元的偏置点,可实现OCSR在-20.8～23.5dB范围内动态可调,提高光链路的接收灵敏度。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 RoF技术概况
• 1.2.1 RoF技术的提出
• 1.2.2 RoF技术的优势
• 1.2.3 RoF技术的应用
• 1.2.4 RoF技术的研究热点
• 1.3 本文所涉及的相关领域研究进展
• 1.3.1 脉冲无线电超宽带光子发生器
• 1.3.2 周期性三角形光脉冲串光子发生器
• 1.3.3 毫米波光子发生器
• 1.3.4 可调OCSR光单边带调制技术
• 1.4 本文的结构安排
• 参考文献
• 2 脉冲无线电超宽带光子发生器研究
• 2.1 引言
• 2.2 高斯脉冲及其各阶导数
• 2.3 基于DD-MZM线性调制区域内PM-IM映射实现方案
• 2.3.1 超宽带脉冲产生原理
• 2.3.2 高斯电脉冲相对时延对脉冲时频特性的影响
• 2.3.3 高斯电脉冲衰减因子对脉冲时频特性的影响
• 2.3.4 结果与讨论
• 2.4 基于DP-MZM特殊调制区域内波形构造实现方案
• 2.4.1 超宽带脉冲产生原理
• 2.4.2 高斯电脉冲相对时延对脉冲时频特性的影响
• 2.4.3 高斯电脉冲衰减因子对脉冲时频特性的影响
• 2.4.4 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 3 周期性三角形光脉冲串光子发生器研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于光载波抑制调制和光纤色散效应的实现方案
• 3.2.1 周期性三角形光脉冲串产生原理
• 3.2.2 调制器消光比以及偏置点漂移对三角形的影响
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.3 基于光载波抑制调制和光偏振复用/调制的实现方案
• 3.3.1 周期性三角形光脉冲串产生原理
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4 毫米波光子发生器研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于改进型二次外差技术的八倍频毫米波生成实现方案
• 4.2.1 毫米波光子发生器结构原理
• 4.2.2 光纤色散所致的射频功率代价
• 4.2.3 光链路延时失配所致的射频功率代价
• 4.2.4 结果及讨论
• 4.3 基于改进型前向调制技术的八倍频毫米波生成实现方案
• 4.3.1 毫米波光子发生器结构原理
• 4.3.2 光纤色散所致的射频功率代价
• 4.3.3 光链路延时失配所致的射频功率代价
• 4.3.4 结果及讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 5 可调OCSR的光单边带调制技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于三角形透射谱啁啾光纤光栅谱特性的实现方案
• 5.2.1 光纤光栅的实验制作及频谱特性
• 5.2.2 滤波法光单边带调制方案原理
• 5.2.3 结果及讨论
• 5.3 基于保偏光纤光栅偏振相关谱特性的实现方案
• 5.3.1 保偏光纤光栅的实验制作及频谱特性
• 5.3.2 单边带调制信号光载波边带比调节原理
• 5.3.3 调制系数、消光比以及副载波数的影响
• 5.3.4 结果与讨论
• 5.4 基于DP-MZM的可调OCSR实现方案
• 5.4.1 可调OCSR的光单边带调制原理
• 5.4.2 调制系数、消光比以及副载波数的影响
• 5.4.3 结果与讨论
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 6 总结与展望
• 6.1 本论文的研究成果
• 6.2 下一步拟进行的工作
• 附录 A
• 作者简历
• 学位论文数据集