微波光子中三角形光脉冲发生与应用的研究

摘要

随着现代光通信的迅猛发展，微波光子学融合了微波技术和光子学技术的特点，在通信、军事国防、远程宽带领域有着广泛的应用。现代全光通信网络的快速发展，使得特殊波形光脉冲的研究成为热点。基于微波光子学的三角形光脉冲发生器及其应用的研究具有重要意义。本文结合国家自然科学基金项目对三角形光脉冲的发生方法优化及其实际应用，进行了理论研究和仿真实现。研究的主要工作如下:
　　(1)介绍了利用电光调制原理以及非线性作用脉冲整形原理生成三角形光脉冲的方法，重点分析了利用光纤色散衰减效应整形和MZM的光载波抑制调制生成三角形光脉冲的理论推导和实现方案。根据经过色散效应整形后的输出光谱表达式中各谐波比值和调制系数的关系，可以得出，调制器调制指数m=2.305时的输出光谱表达式能够有效逼近理想三角形光脉冲的傅里叶级数展开式，因此可以得到较为理想的三角形光脉冲波形，并且通过软件仿真验证了这种利用马赫增德尔调制器(MZM)的载波抑制调制与色散光纤色散效应生成三角形光脉冲的方法的可行性。
　　(2)设计了一种基于双平行MZM和光纤光栅生成四倍频三角形光脉冲的方案，并对其进行理论分析。该方案采用双平行MZM进行载波抑制调制，采用啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)提供色散整形，通过合理设置调制器的偏置电压以及选取光纤光栅的各项参数，获得了四倍于本振射频信号频率的三角形光脉冲。该方案中采用光纤光栅代替普通色散光纤，具有较好的波长选择性、较低的插入损耗、集成性高等优点。综合考虑光纤光栅的长度、调制深度、切趾函数等因素对三角形光脉冲的影响，仿真生成了较为理想的三角形光脉冲。
　　(3)设计了一种利用高非线性光纤(HNLF)的自相位调制效应(SPM)实现特殊光脉冲波长转换的方案。实现了高斯脉冲和三角形光脉冲的波长转换，并对在自相位调制效应下，高斯脉冲和三角形光脉冲的输入功率对中心波长频移大小的影响分别进行了分析，得出了不同输入功率下，两种光脉冲在非线性光纤中频移大小的光谱图。最后比较分析了高斯脉冲和三角形光脉冲的波长转换性能、频移距离、转换效率等特性，表明了三角形光脉冲在波长转换应用方面的优越性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景与意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 光载无线通信关键技术发展

1．3．2 毫米波发生器研究

1．3．3 三角形光脉冲发生的研究现状

1．4 论文的主要研究工作

2 三角形光脉冲生成的理论分析

2．1 引言

2．2 周期性三角形微波光子发生器的理论研究

2．2．1 基于电光调制理论生成三角形光脉冲

2．2．2 基于非线性脉冲整形理论生成三角形光脉冲

2．3 基于载波抑制调制原理生成三角形光脉冲的实现方案和原理分析

2．3．1 三角形光脉冲生成的实现方案

2．3．2 工作原理分析

2．3．3 仿真实现

2．4 本章小结

3 基于CFBG的四倍频三角形光脉冲发生器

3．1 引言

3．2 优化方案设计的实现

3．3 工作原理和仿真分析

3．3．1 基于CFBG的四倍频三角形光脉冲生成原理

3．3．2 优化方案的仿真实现

3．4 CFBG参数对三角形光脉冲生成的影响

3．4．1 CFBG色散补偿参数分析

3．4．2 CFBG长度L对脉冲波形的影响

3．4．3 CFBG调制深度δn对脉冲波形的影响

3．4．4 CFBG切趾函数对脉冲波形的影响

3．5 本章小结

4 非线性特性的波长转换特性应用研究

4．1 引言

4．2 工作原理分析

4．3 基于HNLF非线性效应的特殊波形波长转换研究

4．3．1 高斯脉冲波长转换特性

4．3．2 三角形脉冲波长转换特性

4．3．3 转换性能对比分析

4．4 本章小结

5 结论

5．1 论文主要内容

5．2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士期间取得的研究成果

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