基于光子回波的任意信号产生研究及其应用

摘要

随着光子回波理论研究的不断深入，光子回波技术在应用中也不断成熟，特别是在任意信号产生中。传统的任意信号产生方法无法产生带宽数十GHz，重复频率数十GHz且高时宽带宽积的信号。然而，光子回波技术利用烧孔晶体所具有的高达几十GHz的非均匀展宽线宽和几百KHz的均匀展宽线宽等特性，可以克服传统方法的不足，从而使光子回波已经成为目前的研究热点。
　　本文简要介绍了烧孔晶体材料特性、光子回波现象及其国内外研究现状；利用半经典的方法分析了光子回波的形成过程，基于光子回波理论分析了压缩光脉冲的形成；基于光子回波理论，提出了一种高速率脉冲位置调制信号产生的方法和一种高时宽带宽积且高重复频率信号的产生方法；提出了一个基于烧孔晶体材料的雷达测距方法和装置。本文主要研究内容包括：
　　1.从布洛赫方程出发推导出了光学章动效应和光学自由感应衰减过程中布洛赫矢量的解；接着将光子回波过程分解为光学章动效应和光学自由感应衰减过程交替进行的七个阶段，给出了每个阶段的布洛赫矢量的解，并且根据布洛赫矢量的变化解释了光子回波的形成
　　2．提出了一种基于光子回波的脉冲位置调制（PPM）信号产生方法。该方法首先利用两个时间重叠的啁啾脉冲与烧孔晶体材料相互作用形成光谱光栅，再由多个探测光脉冲与光谱光栅作用产生PPM信号。PPM信号中子脉冲的位置是通过调节探测光脉冲的起始时间以及起始频率进行控制的。该方法产生的脉冲位置调制信号的速率可以达到10Gbit/s，相比于传统方法调制信号的速率提高了一个数量级。
　　3．提出了一种基于光子回波的高时宽带宽积且高重复频率周期信号产生方法。该方法首先利用一个参考光脉冲以及多个编码光脉冲与烧孔晶体材料相互作用产生一个复杂的光谱光栅，再由多个探测光脉冲与这个复杂的光谱光栅作用产生高时宽带宽积且高重复频率周期信号。信号的周期由编码光脉冲的起始频率来控制，每个周期内子脉冲的幅度和间隔分别由探测光脉冲的幅度和起始频率来控制。该方法产生的信号时宽带宽积约为105，重复频率约为20GHz。
　　4．提出了一种基于光谱烧孔技术的雷达系统。该系统中发送的雷达信号为巴克码信号，是采用基于光子回波的任意信号产生方法产生的。系统中的烧孔晶体材料可以实时地记录收发雷达信号相干后的功率谱，对记录下的功率谱做FFT变换可以得到收发雷达信号的延时，从而得到待测目标的距离。该系统测距精度约为10-3m，最大测距距离可达到约2.25×104m。

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第一章 绪论

1.1 任意信号产生研究现状

1.2 光子回波及其应用

1.3光谱烧孔晶体材料及其应用

1.4 本文主要研究内容及创新点

第二章 光子回波理论

2.1瞬态相干光学效应

2.2 光子回波效应

2.3 基于光子回波的压缩光脉冲产生

2.4 本章小结

第三章 脉冲位置调制信号的产生

3.1 脉冲位置调制信号

3.2 基于光子回波的脉冲位置调制信号产生

3.3 脉冲位置调制信号产生装置

3.4 仿真结果

3.5 本章小结

第四章 高时宽带宽积且高重复频率周期信号的产生

4.1 基于光子回波的任意信号产生

4.2 基于光子回波的高时宽带宽积且高重复频率周期信号的产生

4.3 周期信号产生装置

4.4 仿真结果

4.5 本章小结

第五章 基于烧孔技术的雷达系统

5.1 基于烧孔技术的测距原理

5.2 基于烧孔技术的雷达系统

5.3 仿真结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢