基于异步射频信号驱动级联相位调制器产生平坦光学频率梳

基于级联相位调制器(PM),设计并实现了一种梳线数量与梳线间距均可调谐的光学频率梳(OFC)产生方案。采用正弦型射频信号与其倍频信号分别驱动两级PM,并在第二级射频信号加入微小的频率偏移,得到了相位不敏感、平坦度高的OFC。梳线数量与平坦度由两级PM的调制指数调控。当频率偏移为第二级射频信号频率的10-5倍时,OFC的平坦度低于3dB。实验结果表明,产生OFC的梳线数量为7,9,11根,梳线间距分别为5.5GHz和7.5GHz,平坦度不超过2.4dB。     

基于单个电吸收调制器产生超平坦双光梳

为产生频率间隔相同而又平坦的光频梳,基于单个多量子阱电吸收调制器强度调制特性,设计出一种新型超平坦双光梳产生方案。通过在电吸收调制器前置矩形滤波器,精密控制多量子阱电吸收调制器的反向偏置电压与射频驱动信号幅度,滤除频谱的中心谱线后,得到了平坦度为0.01dB的双光梳。利用Optisystem7.0软件进行仿真,其对不同线宽(100kHz、10 MHz和20 MHz)的激光光源均可产生位于中心谱线两侧对称的、带宽均为300 GHz、谱线均为15条、谱线间距均为20GHz以及平坦度可达0.01dB的双光梳。     

基于级联调制器的光梳的平坦度理论研究

建立了基于强度调制器(IM)和相位调制器(PM)级联的光梳理论模型,通过仿真计算分析了光梳的平坦度与IM的偏置点βIM、IM的调制系数χIM,以及IM和PM的驱动信号相位差△(Φ)之间的关系.结果表明△(Φ)的优化取值为π的整数倍,并且与其他参数的取值无关;而βIM、χIM的优化取值存在线性关联关系,随着梳齿数目的增加,χIM的优化取值不断向0靠近,βIM的优化取值对应地不断向π靠近.研究结果为基于级联调制器的光梳优化控制提供了理论依据.     

基于多频相位调制的光学单边带调制器研究

提出了一种基于多频相位调制技术实现光学单边 带调制信号产生的新型方案。当含有基频和谐波成分的多频调制信号施加到Mach-Zehnder( MZ)电光调制器上时,若驱动信号波 形选取合适,可使调制后的光信号功率集中在边带谱的一个频率成分上,其它频率成分被抑 制, 从而获得光学单边带调制信号的输出。以十频相位调制为例,计算了与之对应的光学单边带 调 制信号的光谱结构,其中信号能量利用率近88%,载波抑制比大于24dB,边频抑制比大于18 d B, 从理论上证明了本文所述方案的可行性。进一步的仿真结果显示,随着驱动信号谐波数的增 加, 载波抑制比、边频抑制比和信号能量利用率均逐渐增大。可见,为了获得优质的光学单边带 调 制信号,应在实际条件允许的情况下使用尽可能多的调制频率。此方案能量利用率相对较高 , 仅用到了一级商用MZ相位调制器,方案结构简单,是一种产生光学单边带调制信号的有效途 径。     

基于级联相位调制器和光衰减器的光频梳产生研究

提出了一种基于级联相位调制器和光衰减器的光 频梳产生方案,建立了方案的理论模型并进行了 系统验证,研究了射频(radio frequency,RF) 信号幅度和光衰减器衰减系数对光频梳平坦度的影响。结果表明数值 计算与实验 结果一致性较好,通过调整RF驱动信号幅度和光衰减器衰减系数可产生梳线数量为15条、平坦度为 0.8 dB,边模抑制比(side-mode suppression ratio,SMSR) 为5.05 dB的光频梳。方 案中引入滤波器后,在梳线数量保持不变的前 提下,其平坦度和SMSR可分别提高62.5%和61.4%。     

基于级联外部调制器产生宽光梳系统的研究

本文研究了基于双边带调制方式采用级联两个强度 调制器(MZM)或级联MZM和相位调 制器(PM)分别生成平坦宽光梳的两种方案。通过理论分析得到合适的调制器关联变量-调 制电压和偏置电压的关系。在此基础上,我们分别讨论了高阶边带以及相位偏转对两种方案 产生宽光梳平坦度的影响。两种方案如果要达到相同的平坦度,级联相同MZM所输出的光梳 频带宽度可高达500 GHz,比级联MZM和PM的输出频带更宽;如果两种 方案在相同的输出光梳 频带宽度(300 GHz)下,级联MZM的平坦度可以达到0. 2 dB,而级联MZM和PM系统的平坦度只 有2.1 dB。因此级联两个强度调制器产生的宽光梳在光梳平坦度方面 性能更为良好。这为产生平坦光梳及调制器的灵活运用提供了一种解决方案。     

超宽带平坦多载波光源结构设计

为了解决波分复用系统中传统光源稳定性差、成本高、带宽小等问题,本文提出了一种超宽带平坦光源发生器结构,该结构基于级联的电吸收调制器和两个频率调制器,得到了频率间隔相同且可调的高带宽、平坦度小的多载波光源。在单波长光信号输入下,产生了大范围频率间隔可调平坦度小于0.2 dB的21个子载波的多载波光源,当驱动信号频率为8 GHz和9 GHz时,平坦度可达到0.07 dB;在多波长光信号输入下,得到了频率间隔为15 GHz,平坦度小于0.9 dB子载波数为275的超宽带平坦光源,频谱宽度可以达到THz以上。最后研究了10 GHz驱动信号下,电吸收调制器与频率调制器驱动信号的相位差、频率调制器的频率偏移以及电吸收调制器的啁啾因子对多载波光源的影响,结果表明,驱动信号的相位差在±10°上下波动时,平坦度最大改变了1.05 dB,频率调制器的频率偏移在±10 GHz范围内变化时,平坦度波动幅度仅为0.1 dB,表明该结构具有良好的稳定性和可控性。     

电光双向强度调制器的隔离度研究

设计和制作了应用于微波全双工收发系统的马赫-曾德尔型电光双向强度调制器。根据电光调制器中电信号对光信号的调制叠加原理,通过计算和仿真,分析了因调制电极设计电场与实际电场分布差异导致的器件隔离度劣化。通过对比不同调制电极结构的分析设计和仿真优化结果,得到3.5GHz以上频段隔离度优于-30dB的电光双向强度调制器设计结构。制备出的电光双向强度调制器在5~17GHz范围内隔离度优于-30dB。     

基于四次乘方射频信号和级联MZM的梳线可调的光学频率梳

提出了一种基于四次乘方射频(radio frequency,RF) 信号和级联马赫- 曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator,MZM)的梳 线可调的光学频率梳(optical frequency comb,OFC)产生方案。利用乘方运算电路对正弦RF信号进行运算 耦合,产生的乘方RF信号驱动级联的MZM,调制器对输入光进行调制,从而产生梳线数可 调的平坦 OFC。建立了乘方RF信号驱动级联MZM产生OFC的理论模型,利用OptiSystem软件对其性能 进行了 研究。结果表明,OFC的梳线间隔是RF信号源频率的2倍,可调谐并且拓展了频谱带宽;产 生OFC的 目标梳线数是基准调制电压的4倍,实现了梳线数可调谐;调节MZM上下支臂的调制和偏置电 压差为确 定的优化值,可以使不同目标梳线数的OFC平坦度均小于0.95 dB。     

基于级联MZM光学回路产生高性能微波频率梳

为产生高性能微波频率梳(MFC),基于级联马赫-曾德尔调制器(MZM)光学回路系统,提出一种利用光梳外差法产生可调谐MFC的方案。将连续光通过耦合器注入到级联MZM光学回路中调制,最终产生光学频率梳(OFC),再将生成的OFC在光电探测器中拍频获得MFC。对该方案建立了理论模型,利用光通信系统设计软件Optisystem研究了光源功率、光源线宽和射频驱动信号(RF)频率等参数对输出MFC的性能的影响。结果表明,合理地调节光源、RF等器件参数,可以获得带宽为300 GHz、平坦度为0.12 dB、功率达22.49 dBm的MFC。该方案结构简单,易于实现,通过调节RF信号的频率,就可以得到梳距可调谐的MFC。     

基于级联光纤环微波光子滤波器的微波倍频技术

为了得到高倍频的微波信号,实现获得了一种基于外调制技术与级联光纤环微波光子滤波器(FRMPF,fiber ring microwave photonic filters)的新型倍频微波信号光学产生技术。利用外调制的方法,采用大功率信号驱动马赫曾德尔调制器(MZM)得到了高阶谐波信号,再利用级联的FRMPF进行选频。理论计算与实验测试了FRMPF的滤波特性。通过调节每个FRMPF的环长,利用第1个FRMPF将基频信号与三阶谐波滤除,再通过第2个FRMPF将二阶谐波滤除,最终得到四倍频信号。研究结果表明,利用频率为2.018 3GHz的信号驱动MZM,得到了频率为8.073 2GHz的四倍频信号,信噪比(SNR)大于13dB。     

基于单通带微波光子滤波的多倍频微波信号产生

理论分析和实验验证了一种多倍频微波信号的光学产生方法。基于大信号相位调制和单模光纤的色散效应产生多个多倍频谐波,通过引入一个中心频率连续可调的单通带微波光子滤波器,实现了对单个倍频微波信号的提取。调节宽带光源的谱分割间隔可实现倍频微波信号调谐输出。在理论分析的基础上搭建了实验系统,利用5GHz低频驱动信号得到了10GHz和15GHz的微波信号,其10dB线宽为几十赫兹,功率波动为1dB～2dB。     

基于级联光纤环微波光子滤波器的微波倍频技术

为了得到高倍频的微波信号,实现获得了一种基于 外调制技术与级联光纤环微波光 子滤波器(FRMPF,fiber ring microwave photonic filters)的新型倍频微波信号光学产生 技术。利用外调制的方法,采用大功率信号驱动马赫曾德尔 调制器(MZM)得到了高阶谐波信号,再利用级联的FRMPF进行选频。理论计算与实验测试了FR MPF的滤波特性。通过调节每个FRMPF的环长,利用第1个FRMPF将基频信号与三阶谐波滤除 ,再通过第2个FRMPF将二阶谐波滤除,最终得到四倍频信号。 研究结果表明,利用频率为2.018GHz 的信号驱动MZM, 得到了 频率为8.073GHz的四倍频信号,信噪比(SNR)大于13dB。     

基于级联调制器的24倍频毫米波信号产生

为了有效解决高频毫米波信号源产生困难的问题,提出了一种基于级联强度调制器的24倍频可调毫米波信号产生系统.将低频本振信号调制到第一级双平行马赫-曾德尔强度调制器上,分别控制主调制器和子调制器的偏置电压,使其均偏置在最大传输点上,精确控制低频本振信号的幅值和相位,可以对应产生的-4阶和+4阶边带信号,通过光电检测器拍频,得到的8倍频信号调制到第二级马赫-曾德尔调制器上,控制第二级调制器的偏置电压,使其工作在最小传输点上,可以产生-12阶和+12阶边带信号,经过光电转换后可以得到射频驱动信号频率24倍的毫米波信号,当本振信号频率发生改变时,得到的毫米波信号频率对应改变.     

基于MZ调制器工作点控制的前端电路设计

设计了马赫-曾德尔(MZ)调制器工作点控制的前端电路.利用运放OP27设计文氏桥电路,产生1 kHz余弦波,作为扰动信号加到MZ调制器的RF端.运用运放OP27设计带通滤波器,从探测器分别提取一次谐波和二次谐波.利用乘法器MLT04实现对一次谐波和二次谐波的检波,分别得到一次谐波的幅度调制信号和二次谐波的幅度调制信号.这两个调制信号含有调制器工作点的相位信息,为后续的软件控制提供了两路含有相位信息的信号,使整个控制系统的实现更准确.     

基于级联电吸收调制器和相位调制器的多载波光源发生器设计

提出了一种基于级联电吸收调制器(EAM)和相位调制器(PM)的多载波光源发生器方案。对比分析了基于单个EAM级联PM的多载波光源发生器与基于两个EAM级联PM的多载波光源发生器产生的多载波光源,利用基于两个EAM级联PM的多载波光源发生器实现了频率间隔为15GHz、平坦度在0.1dB范围内的19个子载波的多载波光源。同时研究了EAM的调制指数和啁啾因子、PM的驱动信号幅度以及调制器驱动信号的相位差等参数对产生多载波光源的影响。     

激光多普勒调制器的优化

为了提高激光多普勒调制器调制频率的稳定度,通过从光学、机械、电子学等方面的优化,对影响多普勒调制器的各种因素进行了深入的研究。实验结果表明,经过优化后的多普勒调制器的输出调制信号频率的相对标准误差达到了1%左右,能够满足锁相放大器对输入参考信号频率稳定度的要求。     

一种具有改进积分器结构的高阶∑-△调制器

设计了一个五阶单回路∑-△调制器，最高输入信号频率22kHz。通过改进积分器的结构，显著减小了开关电荷注入效应引起的调制器的谐波失真。整个电路采用0．6μm CMOS工艺设计。仿真显示，当采样频率为6MHz时，调制器的SNDR达到123dB，SNR超过125dB，满足18位A／D转换器的精度要求。     

LiTaO3相位调制器扩频特性的研究

介绍一种利用开关微波信号调制LiTaO3电光晶体．实现对输入光扩频的方法。研究了LiTaO3相位调制器的理论模型．并给出了相应的计算公式。利用公式模拟、计算得到在一定做波功率调制下相位调制器输出的扩频光谱。给出了实际系统的框图，并对实际系统的输出光谱进行测量．得到在不同微波调制功率下的光谱图。对理论计算所得的输出光谱与实际系统的输出光谱进行分析．发现谱线情况较一致．仅对应的微波输入功率有差异．原因是实际系统中微波传输线阻抗不匹配．所需的实际微波功率比理论值大。该系统的电光晶体为LiTaO3．激光器工作波长为1053nm，微波频率为4．3GHz．开关信号是重复频率为1kHz．占空比为4：6的方波。使90％的光功率分散于主峰以及一、二次边频，且一、二次边频的功率近似相等。     

相位型光寻址空间光调制器稳定性分析

基于光寻址空间光调制器的等效电路仿真及稳定性测试实验,对纯相位型光寻址空间光调制器的稳定性进行分析和优化。结果表明,光阀液晶层的电压脉冲波形会引起光寻址空间光调制器对读出光的相位调制波动,而驱动电压频率与写入光强度同时影响相位调制波动幅度及相位调制量。由实验测量得到的光寻址空间光调制器的相位改变量曲线可知:当驱动电压周期比响应时间小95%时,最大相位改变量对应的相位波动率减小为0.35%,但此时相位调制能力仅为0.8λ;通过优化光寻址空间光调制器驱动条件参数,可获得1λ的相位调制能力,同时最大相位改变量对应的相位波动率为1%。