基于受激布里渊散射的宽带微波光子移相器基础研究

摘要

微波移相器主要用于实现微波信号的相位控制，在相干检测、电光采样等系统中有着广泛应用。近年来，随着相控阵系统的高速发展，微波移相器作为其核心部件，要求具有大带宽、大相移范围、输出信号稳定、体积小、重量轻等特点，传统的电子移相器方案已经很难满足上述需求。微波光子移相器充分利用了光子技术带宽大、速度快等特点，被认为是解决电子移相器瓶颈的有效技术途径之一，近年来受到了越来越多的关注。本文对基于受激布里渊散射(SBS)效应的宽带微波光子移相器进行了研究。通过对光纤中受激布里渊散射效应进行理论分析，研究了布里渊慢光和快光效应的幅频和相频特性；提出了一种基于布里渊快/慢光结合的宽带微波光子移相器方案，建立数学模型对其相移特性进行了理论分析和数值仿真，设计并搭建了实验平台；仿真表明该微波光子移相器能够在100MHz-22GHz频率范围内实现相移量360°的连续调谐，并且具有低功率波动的特点。
　　本研究主要内容包括：⑴对微波移相器的应用进行分析，研究了微波光子移相器的性能，重点研究了基于受激布里渊效应的微波光子移相器研究现状。⑵通过对布里渊散射原理分析，研究了光纤中的受激布里渊散射过程，并基于波动方程推导了描述光纤中受激布里渊散射效应的光波-声波耦合方程组。对光纤中布里渊慢光和快光效应进行研究，分析了斯托克斯光在慢光和快光效应过程中的幅频及相频特性并进行了数值仿真。⑶研究了光纤中布里渊快/慢光结合的物理过程，并对斯托克斯光的幅频及相频特性进行了分析和仿真；基于此过程，提出了一种具有大带宽、大相移范围、低增益起伏的微波光子移相器方案；搭建实验平台对光纤中的布里渊增益谱进行了测量，实验验证了该移相器能对1-4GHz的微波信号实现360°相移；对调频和调功率两种相移量控制方法的移相性能进行了研究。⑷对影响相移效果的物理因素进行了研究。实验结果表明为了使输出微波信号达到较高的信噪比和较低的功率波动，信号光的边带抑制比需要大于30dB且信号光功率应处于1-2mW范围内；分析了光纤群速度色散对移相效果的影响，并研究了降低群速度色散的方法；此外还研究了泵浦光和斯托克斯光的偏振状态对移相效果的影响。

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第一章绪论

1.1选题依据

1.2国内外发展状况

1.3文章主要内容

第二章光纤中布里渊散射理论基础

2.1布里渊散射效应

2.2 光纤中受激布里渊散射

2.3 光纤中受激布里渊慢光效应

2.4光纤中受激布里渊快光效应

第三章基于快/慢光结合效应的微波光子移相器

3.1 快/慢光结合效应

3.2基于快/慢光结合微波光子移相器实验方案

3.3光纤中受激布里渊散射增益谱

3.4基于快/慢光结合微波光子移相器实验结果

第四章基于快/慢光结合效应的微波光子移相器优化分析

4.1单边带信号光载波功率大小对移相效果的影响

4.2单边带调制中边带抑制比对移相效果的影响

4.3光纤群速度色散对移相效果的影响

4.4 偏振效应对移相效果的影响

第五章总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果