基于光学频率梳的全光下变频技术研究

摘要

微波光子频率变换是一种在光域实现微波/毫米波信号频率变换的技术。微波光子频率变换技术克服了传统电下变频器存在的诸多缺点，因此在通信、雷达及电子战等系统中，微波光子频率变换已经成为一项关键的技术。光学频率梳最重要的特征是它拥有一系列具有相同载波间隔的相干光梳。由于每个梳状线具有相干特性和低相位噪声，它们可以用作本地振荡信号将微波信号下变频到电气设备可以直接采样的中频（IF）信号。由于光学频率梳具有较宽的频率范围，所以本地信号也就具备宽带宽。本文重点解决两个问题：高性能光学频率梳生成方法以及如何基于光学频率梳实现下变频，具体如下：
　　1.根据高频信号下变频后对应的IF信号与光学频率梳的关系，提出了三种基于电光调制器的光学频率梳生成方案。方案一基于单个双平行马赫-曾德尔调制器（DP-MZM），通过MZM-b补偿MZM-a生成的光梳内外侧谱线幅度差，得到5线和7线平坦光学频率梳；方案二通过在Sagnac环中双向使用强度调制器（IM），同时结合微波光子倍频发生器获得的频率可调谐的高频信号，从而获得高频谱间隔的5线光学频率梳；方案三充分利用单个集成双偏振正交相移键控调制器（DP-QPSK）参数多的特点，生成11线和13线光学频率梳，在梳线数目和平坦度性能上都具有一定优势。以上三个方案均给出了理论分析和VPI仿真验证。
　　2.本文提出了一种基于光学频率梳实现高频微波信号下变频的简单可行方案。构建了利用级联DP-MZM作为光梳发生器的下变频仿真系统，成功将0~35GHz微波信号下变频到0~1GHz中频信号。分析了探测器的响应度、光源的功率、射频调制指数对IF信号功率以及信噪比的影响。
　　本文的工作将会成为未来超宽带微波无线通信系统提供理论和技术支撑。

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第一章 绪论

1.1全光下变频概述

1.2研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.4论文结构安排

第二章 相关光学器件和下变频方案简介

2.1相关器件类型和原理

2.2基于Negative-MZM调制器的强度调制方式

2.3全光频率下变换典型方案

2.4本章小结

第三章 光学频率梳生成方案

3.1基于DP-MZM的可调光学频率梳生成

3.2基于Sagnac环中双向使用强度调制器的光学频率梳生成

3.3基于集成DP-QPSK调制器的光学频率梳生成

3.4本章小结

第四章 基于光学频率梳的微波下变频

4.1实现原理

4.2仿真验证

4.3分析与讨论

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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