微波信号的光子学生成与传输研究

摘要

伴随现代科学技术的进步，系统对各种技术的要求日益增高，微波通信与光纤技术的结合并逐渐形成了微波光子学这一新兴领域。与传统电学系统相比，光子学技术具有重量轻、体积小、传输损耗小、带宽大、抗电磁干扰性强等优点，在数据通信、大功率雷达以及军事电子对抗方面占有重要地位。其中高质量的微波信号产生对于微波系统尤为重要，微波光子链路结合了微波传输系统和光纤链路系统的优势，在大容量、高带宽数据通信中具有广泛的应用。
　　本文首先对微波光子学中常用器件及其原理做了简单介绍，重点介绍了相位调制器、马赫-曾德尔强度调制器、光电探测器的工作原理，然后对光生微波技术的研究现状进行了探索，对主流的光生微波方案的工作原理进行了总结，然后简单介绍了微波光子链路的基本内容及衡量链路性能的相关指标。
　　其次在对微波倍频技术的研究基础上，提出了一种微波信号的光子学生成技术。方案主要利用马赫-曾德尔强度调制器和四波混频效应来实现。激光器发出的光经马赫-曾德尔强度调制器的强度调制，得到正负一阶边带，相位相关满足相位匹配条件，经过四波混频效应的作用产生新边带，通过光滤波器和光环形器调整光信号的频谱，得到两个三阶边带，利用偏振控制器调节光谱偏振态，使之偏振态垂直于首个四波混频过程的偏振态，反方向进入非线性介质，进行第二次四波混频，利用了四波混频的偏振相关性。滤波后保留正负九阶边带进行拍频，能够得到18倍频的微波信号。该方案将四波混频效应与外调制技术相结合，在一个非线性介质中实现了两次四波混频效应，提高了倍频因子。
　　最后分析研究了相位调制光纤链路的非线性失真的主要内容，在对光电探测器模型进行理论分析后，为降低相位调制光纤链路中光电探测器的二阶谐波非线性对链路性能的影响，通过设计新型的光子链路结构，来抑制PD拍频产生的二次谐波失真，以提升相位调制链路性能。方案利用了相位调制器具有两个偏振轴的特性，通过检偏器与滤波器来获得单边带的相位调制光谱，同时结合直接检测技术，有效降低了光电探测器产生的二次谐波的影响。本方案通过调整单边带相位调制光谱的偏振态，对光电探测器非线性进行了实验分析，改善了链路性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 微波光子研究热点

1．2．1 微波光子链路

1．2．2 光生微波信号技术

1．2．3 微波信号的光学处理

1．3 研究内容及结构安排

第2章 光子学微波产生及传输研究

2．1 微波光子学基本原理

2．1．1 电光转换

2．1．2 光电转换

2．2 光生微波技术研究现状

2．2．1 直接调制法

2．2．2 光外差法

2．2．3 光电振荡器法

2．3 微波光子链路性能

2．3．1 链路增益与噪声

2．3．2 非线性失真

2．3．3 无杂散动态范围

2．4 本章小结

第3章 基于MZM和级联FWM的光生微波技术研究

3．1 基本原理及方案设计

3．1．1 载波抑制双边带

3．1．2 四波混频效应

3．1．3 方案设计

3．2 仿真分析

3．3 本章小结

第4章 基于PM光纤链路的非线性优化研究

4．1 基本原理及方案设计

4．1．1 PM-IM转换

4．1．2 基于PM的光纤链路优化方案

4．2 实验及结果分析

4．3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文