微波光子链路残余相位噪声测量的研究

摘要

微波光子技术是一门新兴的交叉学科，越来越广泛应用于光载无线、射电天文和雷达系统等领域。微波光子链路具有损耗低、带宽大、质量轻、抗电磁干扰以及在信号处理方面的优势。对微波光子链路的性能正在开展各种广泛的研究。本文旨在介绍微波光子链路的构成及工作原理，重点研究微波光子链路和光电探测器的残余相位噪声。论文的主要研究内容如下:
　　(1)综述了微波光子技术的发展以及微波光子链路的应用。介绍了外调制微波光子链路的主要器件和工作原理。
　　(2)研制了激光器的电流驱动与恒温控制电路，并制作了微波光子收发模块，实验测试显示，9小时内激光器输出光功率漂移≤0.4％。
　　(3)解释了相位噪声和随机信号处理的一些概念，介绍了相位噪声测量的基本实验方法。引入了互谱法测量待测器件相位噪声的基本理论，并对该方法进行了理论与仿真研究。
　　(4)高性能雷达系统对微波光子链路的残余相位噪声也有严格要求，微波光子链路引入的附加相位噪声会降低雷达系统的灵敏度。提出了一种测量长距离微波光子链路残余相位噪声的双音互相关方法。该方法可以有效抑制参考源引入测量系统的相位噪声，从而使长距离链路残余相噪的测量成为可能。建立了双音互相关残余相噪测量方法的理论模型并对该测量方法进行了实验研究。基于该方法测量了1m、2km和6km微波光子链路的残余相噪，结果显示6km链路的残余相噪比1m链路恶化了10dB。
　　(5)光电探测器作为微波光子链路的核心器件之一，其残余相噪会恶化整个链路的残余相噪，本文首次将双音信号互相关的方法应用于测量光电探测器的残余相噪。实验研究了反偏电压、输入光功率和非线性对光电探测器残余相噪的影响。结果表明:探测器反偏电压越大，其残余相噪越小;探测器工作在线性区时，增大输入光功率，其残余相噪几乎不变，探测器工作在饱和非线性区时，增大输入光功率，其残余相噪随之增大;探测器非线性越严重，其残余相噪越大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景

1．2 国内外研究概况

1．3 研究意义

1．4 本文的主要工作内容

第二章 微波光子链路

2．1 微波光子技术

2．2 微波光子链路的应用

2．2．1 有线电视

2．2．2 光载无线

2．2．3 天线远置

2．2．4 射电天文

2．2．5 其他应用

2．3 外调制微波光子链路的基本结构

2．3．1 激光器

2．3．2 马赫-曾德尔调制器

2．3．3 光电探测器

2．3．4 光纤

2．4 激光器的恒流驱动和恒温控制电路设计

2．4．1 激光器的恒流驱动电路设计

2．4．2 激光器的恒温控制电路设计

2．4．3 激光器恒流驱动和恒温控制模块的版图设计

2．4．4 激光器的稳定性测试

2．5 外调制微波光子链路的工作原理

2．6 本章总结

第三章 相位噪声的互谱测量

3．1 相位噪声和随机过程

3．1．1 相位噪声

3．1．2 随机过程

3．2 实验方法

3．3 互谱分析法及仿真

3．3．1 互谱分析法

3．3．2 仿真

3．4 本章总结

第四章 微波光子链路的残余相噪测量研究

4．1 基于双音信号互相关的残余相噪测试理论

4．2 长光纤微波光子链路的残余相噪测量实验

4．3 本章总结

第五章 光电探测器的残余相噪测量研究

5．1 光电探测器的残余相噪测量

5．1．1 测量系统

5．1．2 测量实验

5．2 入射光功率对残余相噪的影响

5．3 反偏电压对残余相噪的影响

5．4 光电探测器非线性与残余相噪的关系

5．5 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 创新点

6．3 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢