一、PMD and CD Characterization of Chirped FBG Using Microwave Photonic Technique(论文文献综述)
白卓娅[1](2021)在《基于超快光学技术的实时测量系统研究》文中认为实时测量仪器是奠定工业、科学和医疗等一系列应用的基础平台。当今社会对数据带宽不断增长的需求正推动着通信行业提高组件和系统的工作频率,因此,对于能够在短时间内执行快速检测或诊断的实时测量仪器的需求也在快速增长。尽管短光散射(频闪)可以作为一种有效方法来提供瞬态事件的宝贵信息,但自然界中存在的大量瞬态信息和罕见事件都具有瞬时和不确定性,因此仍需要借助具有足够高分辨率和足够大存储长度的真正的实时测量仪器才能将其捕获。基于色散傅里叶变换原理的光学时间拉伸技术是一种新兴的数据采集方法,它克服了传统电子模数转换器的速度限制,能够以每秒数十亿帧的刷新率完成连续超快的单次光谱、成像以及太赫兹等测量,且不间断地记录上万亿个连续帧。该技术开辟了测量科学的新前沿,揭示了非线性动力学,如光流氓波、孤子分子以及相对论电子束等瞬态现象。此外,通过与人工智能相结合,它还创造出多种用于传感和生物医学诊断等应用的新型实时测量仪器。本论文结合所参与的国家自然科学基金等项目,针对基于超快光学技术的实时测量需求,开展了一系列深入的理论以及实验研究,扩展了超快光学技术在实时器件表征、瞬时频率测量以及传感方面的应用,取得的主要创新及成果如下:1.提出并验证了一种基于光学时间拉伸技术的实时器件表征系统,该系统使用相位分集技术和时间拉伸数据采集方法,消除了仪器中存在的色散惩罚问题,并扩展了测量系统的有效带宽。系统具有2.5 Ts/s的等效采样率、27 ns的超快器件响应测量时间以及5.4 fs的超低等效时钟抖动。结合所提出的数字信号处理算法,该系统对两个商用宽带电放大器的频率响应特性进行了测量,测得的频响曲线与器件指标高度一致。相比于传统网络分析仪,所提出的器件表征系统的测量速度至少提高了三个数量级。2.提出并验证了一种基于差分探测和光学时间拉伸技术的瞬时频率测量系统,可以对多频信号进行实时测量。仪器通过差分探测消除了由于脉冲光源光谱不均匀引起的待测信号失真,同时有效提高了系统的测量精度和动态范围。通过使用数字信号处理算法,该系统以100 MHz的采集速度,实现了3~20 GHz范围内单/多频信号测量,其频率分辨率为82.5 MHz,且测量误差不超过70 MHz。3.提出并验证了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪和波长-时间映射原理的实时应力解调系统,可以实现超快、对温度不敏感的应变测量。该系统的原理是将经过干涉仪频谱整形后的脉冲光源光谱映射到时域,将应变引起的波长偏移测量转换为时移测量,相比于使用光谱仪进行频域解调的传统方案,大大提高了系统的解调速度,实现了100 MHz的超快解调速率以及-0.17 ps/με的应变灵敏度。4.提出并验证了一种基于单模-两模-单模光纤梳状滤波器和波长-时间映射原理的实时应力解调系统。该自制滤波器通过将两模光纤与单模光纤进行偏芯熔接而制成,具有制作简单、波长间隔可调等优点,且滤波器在系统中被同时用作光谱整形器和传感元件。波长-时间线性映射通过使用色散元件实现,经滤波器整形后的光谱被映射到时域,从而可以通过测量时移大小在时域解调应变。系统在100 MHz的超快解调速率下,实现了0.3 ps/με的应变灵敏度以及167με的应力分辨率,并且该自制传感器在实验中表现出较低的热敏性,为1.35 pm/℃,使该系统可作为实现超快、稳定应力解调的理想选择。
唐宇[2](2021)在《光电振荡器和光载无线技术的应用研究》文中研究指明近年来,微波光子学在光通信、光纤传感等领域发挥了重要作用。微波光子技术融合了微波技术和光子技术的优点,为实现高质量的光通信和快响应、高分辨率的传感提供了新的可能。与传统的电子技术相比,微波光子技术具有抗电磁干扰,带宽大,功能灵活等众多优势。本文针对微波光子技术近年来的研究热点和需求,结合光电振荡器(OEO)和光载无线(RoF)技术等相关内容,对信号生成和处理,光纤传感等问题进行了理论和实验研究。取得的主要研究成果如下:1.提出了一种基于偏振敏感相位调制器(PM)的倍频OEO,可对光时分复用(OTDM)信号进行多重时钟恢复、解复用等处理。利用该倍频OEO对20 Gb/sOTDM信号实验进行了支路时钟信号、群路时钟信号和二倍频时钟等多重时钟信号提取,及二重解复用。同时,实验实现了不归零码信号的时钟恢复,码型变换和串并转换。该方案可以避免偏压漂移的问题,具有灵活、价格低廉的特点。2.提出了一种基于OEO的快响应、高分辨的色散测量方案。该OEO的振荡频率主要由马赫曾德尔干涉仪(MZI)两臂长度差及待测器件的色散值共同决定。当环路中待测器件的色散值发生变化时,OEO的振荡频率就会发生变化,因此待测色散值就可以由OEO的振荡频率得到。实验测量了长度为20 km~100 km的光纤的色散值,与商用色散测量系统测得的色散值相差不超过3.2%。该方案结构简单,测量速度快,分辨率高,在光通信系统中有广泛的应用前景。3.设计了一种用于快响应、高分辨距离传感的OEO结构。将一对准直透镜植入MZI的一个臂,这对准直透镜之间的距离信息决定MZI干涉谱的信息,并且最终反映到OEO的振荡频率上。准直透镜的植入有效地增加了距离传感的范围,实现了0~12 mm范围内的距离传感,距离传感灵敏度为0.285 MHz/μm,分辨率为0.07μm。该方案灵敏度高,测量速度快,线性度好,可应用于未来的高质量距离传感系统。4.提出了一种基于级联光纤布拉格光栅-法布里-珀罗(FBG-FP)腔的双频OEO,可用来进行曲率和温度的传感。刻于双芯光纤上的FBG-FP腔同时对曲率和温度敏感,刻于普通单模光纤上的FBG-FP腔仅对温度敏感。通过监测OEO的振荡频率,可以得到曲率和温度信息。实验结果表明,该传感系统的曲率和温度灵敏度分别为-1.19 GHz/m-1和1.14 GHz/oC。该方案具有探测速度快,灵敏度高和分辨率高的优点。5.设计了一种利用光子辅助的载波相移双边带(CPS-DSB)调制产生频移键控(FSK)信号的方案。该方案的核心器件是级联的马赫曾德尔调制器(MZM)和PM,两调制器具有偏振敏感特性且主轴相互垂直。在MZM中实现了一种边带与光载波垂直的特殊双边带调制,通过在PM上加载幅度不同的电信号给光载波引入不同的相位,从而实现CPS-DSB调制信号,并在起偏器上干涉后形成基频或倍频信号。实验中分别成功生成了载波频率为4/8 GHz,速率为0.5 Gb/s的FSK信号和载波频率为8/16 GHz,速率为1 Gb/s的FSK信号。该方案降低了对各种光电器件带宽的要求,支持高速和宽带操作。6.设计了一种大容量、长距离的毫米波固定-无线接入方案。该方案使用了强度调制和直接检测的方式,并采用了正交频分复用(OFDM)信号。利用比特加载算法,可以将不同阶数的正交幅度调制信号调制到由信道的不平坦引起的信噪比不同的子载波上,以最大化系统吞吐量。实验结果表明,在满足前向纠错阈值的条件下,信号在光纤中传输25 km后速率仍高达到9 Gb/s。该接入网可以用于未来千兆级“无处不在”的网络连接。
袁飞[3](2021)在《高速光电子/光子器件频响特性精细表征技术研究》文中提出5G时代的正式开启,以及光传感和光信息处理等领域的快速发展,对光电子及光子器件的集成度和器件特性指标提出了更高的要求,频响特性作为器件的关键工作指标迫切需要进行高精度和多维度的表征。传统光谱分析方法,受限于光栅的分辨率无法实现高精度频响特性表征,基于光信号调制的电信号分析方法将光信号转换至电域进行处理,得益于电谱的高分辨率,这种方法有望实现高精度的器件幅频响应和相频响应的表征,对器件的设计、制作和应用具有重要的意义。本文围绕光通信和微波光子系统中的核心器件窄带光滤波器、电光调制器、集成电吸收调制激光器的频响特性表征技术进行了研究。主要研究内容如下:(1)针对窄带光滤波器中光纤尾纤和自由空间光耦合而引入的附加相移湮没器件相频响应且无法通过校准消除从而导致无法对器件相频响应高精度表征的问题,提出了基于Kramers-Kronig关系与Wiener-Lee变换的器件本征相频响应恢复算法,该算法通过测量器件的幅频响应即可对器件的相频响应进行恢复。算法利用响应函数实部与虚部之间的Kramers-Kronig关系,并结合Kramers-Kronig关系中的最小相移条件和Wiener-Lee变换中幅频响应为偶函数的条件,通过构造过渡响应函数实现本征相频响应的恢复。在仿真验证了算法的可行性后,分别测量了非零色散位移光纤、单模光纤中受激布里渊增益,以及相移光纤光栅阻带的幅频响应和相频响应,进而通过算法恢复了器件的本征相频响应,对算法进行了验证。在此基础上,将算法推广至微波器件的频响特性表征,成功恢复了微波带通滤波器和90度电桥的相频响应,该算法可有效提升微波器件的测量效率并降低测量成本。最后,对算法的误差和适用范围进行了讨论。(2)针对基于逐点扫描的频谱响应特性表征方案中,测量时间随测量精度和带宽提高而增加的问题,提出了一种基于微波光子扫频的超快、高精细光学矢量分析技术方案。通过线性调频信号驱动双平行马赫-曾德尔调制器产生宽带、高线性度光学线性扫频信号,用于实现待测器件频响特性的快速扫描,并通过外加单音本振微波信号进行下变频,实现低频数字化探测。最终,基于数字域内的希尔伯特变换获得待测器件的幅频响应和相频响应。该方案实现了对一段3 km非零色散位移光纤中受激布里渊增益和相移光纤光栅阻带频响特性的高精度、超快表征,频率分辨率达到20 k Hz,测量时间仅需20μs。(3)针对高速电光调制器频响特性表征的自外差分析法,存在探测器不平坦响应引入的误差、需要高频探测以及需要使用多个微波源的问题,提出了一种基于双频信号下变频的高速电光调制器频响特性高精度表征技术方案。该方案由耦合器和声光移频器产生双频光载波信号,进而通过单音调制下的抑制载波光双边带调制产生双频探测信号。在光电探测器中对携带调制器频响信息的双频探测信号进行下变频,实现了固定低频探测,且消除了探测器不平坦响应引入的测量误差,最终通过提取电域内的幅度信息实现高速电光调制器的频响特性表征。此外,通过扣除调制器输入微波功率的起伏对测量结果进行了校准,实现了对高速电光调制器频响特性的高精度表征。该方案在有效减少测量误差的同时降低了探测成本并提升了探测效率。最后,分别从测量方案的误差传递因子和调制器输出光场的解析表达式出发,仿真并分析了调制器输入微波功率起伏和非理想消光比引入的测量误差。(4)对集成电吸收调制激光器内部光电相互作用的表征技术进行了研究,并建立了一个电-电-光的三端口网络以表征其频响特性。从激光速率方程和量子限制Stark效应出发,通过数学推导建立了DFB激光器和电吸收调制器的本征电路模型,进而将其本征网络与寄生网络组合从而建立了集成电吸收调制激光器的三端口网络等效电路模型。根据集成电吸收调制激光器S参数的测试结果,通过迭代计算获得了等效电路模型中各个元件的参数值,并对集成电吸收调制激光器的S11、S22、S31、S32、S12、S21参数进行了仿真,其中S12、S21参数表征了器件内部的光电相互作用,实现了对集成电吸收调制激光器内部光电相互作用的表征。最后通过改变等效电路模型中影响光电相互作用的元件参数(受控系数K、耦合电容Cg、耦合电阻gR)对器件内部的光电相互作用进行了仿真和分析,为集成器件的设计和应用提供了一种有效的分析方法。
章振[4](2021)在《基于飞秒激光时域拉伸的超快光谱学技术》文中研究说明超快光谱分析技术是理解物质组成、分子演化和动力学的重要工具,涉及领域包括物理、化学和生物医学等基础科学,以及气体示踪和泄漏预警等应用科学。随着飞秒激光的出现,光谱学的探测速度不断被刷新。飞秒时域拉伸技术将记录的瞬时现象展开到时域,降低了超快探测中的采样速度要求,在超快成像、测距、单发脉冲光谱探测、非重复和罕见信号探测等领域发挥了重要作用。不仅如此,飞秒光频梳光谱学技术展现了宽光谱和单个梳齿分辨的特点,为高分辨光谱分析带来了新的机遇。本文结合了双频梳光谱技术和时域拉伸技术,提出超快和高精度光谱分析的方法。论文的主要工作如下:1.回顾了双频梳光谱学,重点介绍了单腔双频梳光谱学的发展和应用;回顾了飞秒时域拉伸技术在超快光谱学领域的应用。分析了双频梳光谱学的优点为拥有光频梳至电频梳转换的能力,缺点为无法单发脉冲探测;飞秒时域拉伸光谱学的优点为拥有实时探测的能力,缺点为无法实现单个梳齿分辨。2.基于单腔双频梳光谱学思想和时域拉伸技术,提出飞秒非平衡时域拉伸光谱学。该方法利用单个自由运行的锁模飞秒激光器,简化了双频梳系统,不需要复杂的相位锁定回路。在光纤Mach-Zehnder干涉仪的两臂中引入不同的色散量,使不同时域拉伸的两个脉冲发生干涉。不仅实现了光谱信息从光频梳至电频梳的转换,而且拥有单发脉冲实时探测的能力。通过Optiwave软件建模分析和实时光谱分析实验,验证了理论的正确性。实验中单次光谱的探测速度和分辨率分别为250 μs和540 MHz。3.利用微波光子学中的光学调制技术,将非平衡时域拉伸光谱学中宽带电谱调制至光谱进行分析,降低了数据采集和处理的困难。并形成了光谱至电谱、电谱再至光谱的映射关系。我们根据这种映射关系提出一种基于宽光谱映射的光谱分析技术,可将难以分辨的光谱映射至高分辨区域进行分析。4.光频梳不仅可以作为宽谱探测光源,也可以作为频率标准。提出光频梳参考的单频光频率锁定和扫描技术,为单频光与光频梳的多外差探测提供程序化和稳定的扫描光源,实现了低带宽的多外差光谱学,并用于超快气体光谱分析。5.展望了一种基于时域拉伸和频率选通的光谱扫描方法,可以运用于大气光谱遥感,解决传统气体探测激光雷达在频域中进行光谱扫描时速度慢和不稳定的问题。
范志强[5](2020)在《光电振荡器及其应用研究》文中研究表明具有低相位噪声、高频率稳定度的微波信号源是现代通信、雷达、导航及测量等电子系统的核心器件。光电振荡器是一种通过光电反馈环路将光能量转换为微波能量的微波光子信号产生技术,具有相位噪声低、频率稳定度高、频率调谐范围大的优点。该技术突破了电子技术产生微波信号的技术瓶颈,对提高电子系统性能具有重要意义,已经成为微波光子学的研究热点。本论文对光电振荡器进行了系统的理论与实验研究,包括基础理论、测试方法、新型结构及其应用研究。主要研究内容及创新点如下:1.光电振荡器基础理论研究研究了注入锁定光电振荡器的基础理论。通过推导时域相位差微分方程,建立了注入锁定OEO的理论模型,明晰了注入锁定OEO的锁定条件,解释了频率牵引现象,分析了相位噪声特性的影响因素。并通过实验验证了理论分析结果,该结果为注入锁定光电振荡器的研发提供了理论依据。2.光电振荡器相位噪声测试方法研究提出了基于波分复用结构的光延迟互相关微波信号相位噪声测量方法。在传统光延迟互相关相位噪声测量技术中,引入波分复用技术使两个测量通道共享数公里长延时光纤,降低了系统复杂度和双通道延时匹配的难度。搭建测试平台,实现了4-11GHz微波信号的相位噪声测量,在10GHz频点处的系统噪底为-152.6d Bc/Hz@10k Hz。该测量方法为宽带、低相噪微波信号源提供了一种相位噪声测量手段。基于光延迟互相关相位噪声测量系统,提出采用波分复用技术将光电振荡器与相位噪声测量系统相融合的光电振荡器相位噪声测量方法。搭建了共享光纤的双环路光电振荡器,边模抑制比达到82.4d B,并采用上述测量方法建立了相位噪声测试平台,在10.66GHz频点处测得相位噪声为-122d Bc/Hz@10k Hz,与商用相位噪声测量仪器的测试结果一致,降低了光电振荡器相位噪声测量的技术难度。3.新型结构光电振荡器研究研制了基于注入锁定和延时补偿技术的光电振荡器,通过延时补偿系统实时补偿由于温度等因素引起的环路延时变化,将振荡频率维持在注入信号的锁定范围内,实现了稳定的单模振荡。该光电振荡器在1000s时间内,温度波动范围22-31℃时,10.66GHz频点处实现了±0.1ppb的频率稳定度,边模抑制比达到78d B,频率调谐步进为10Hz。该成果提高了光电振荡器的边模抑制比和频率稳定度。研制了基于宇称-时间对称原理的可调谐光电振荡器。利用硅基集成微盘振荡器的互易性实现了宇称-时间对称结构,其强大的模式选择能力大大降低了对滤波器的带宽要求。利用硅基集成微盘振荡器的热调谐性,实现了可调谐光电振荡器。建立了实验系统,实现了15d Bm、2GHz至12GHz可调谐微波频率输出。当反馈环路长度约1km时,在10k Hz频率处的相位噪声达到了-117.3d Bc/Hz。该方法降低了对滤波器带宽的要求和实现了宇称-时间对称光电振荡器的调谐。研制了基于微波非线性放大技术的双频输出光电振荡器。实现了含有基频信号和三次谐波信号的双频输出。基频信号的频率调谐范围为6.68GHz至10.6GHz,调谐步进为50MHz/m A,输出功率为12.774±0.8d Bm;三次谐波信号的频率调谐范围为20.04GHz至31.9GHz,调谐步进为150MHz/m A,输出功率为-5.41±1.47d Bm。为实现高性能双频微波源提供了一种有效解决方案。4.光电振荡器应用研究基于互参考结构光电振荡器,提出了温度不敏感型应变和位移测量方法,其中互参考结构采用波分复用技术实现。分别研制了基于光电振荡器的应变和位移测量系统,其中应变测量系统测量范围大于600με,测量误差优于±0.3με,且不受温度影响;位移测量系统在模拟待测目标距离约为8km,采样时间为1ms时,位移测量误差为±11.14μm,速度测量误差为±3.90μm/ms,结果也不受温度影响。该方法克服了温度对测量系统的影响,同时兼有测量精度高、速度快的优点。
董淑慧[6](2020)在《基于频率-幅度映射的瞬时微波频率测量》文中研究表明光学辅助的瞬时微波频率测量技术是一项被广泛关注和研究的技术。该技术常被应用于现代电子对抗、高分辨率信号探测等场景中,是对场景中瞬息万变且超高频及以上频段的微波频率进行快速、准确地测量,以取得信息的主动权。它基于微波光子学,原理是将微波信号调制到光域,用光学方法对微波信号进行处理形成参量映射,进而得到微波频率。该技术充分综合了微波通信、光通信技术的优势,相比传统电子测频技术有较好的发展潜力。基于该技术的系统具有元件带宽不受限、抗电磁干扰、体积较小、可重构性好等优点,可突破传统电子测频系统的“电子瓶颈”。本文主要研究基于频率-幅度映射的光学辅助的瞬时微波频率测量技术,为了提升测频精度和扩大测频范围,根据检测功率的不同提出了两种测频方案。针对不同方案进行原理推导、相关参数对测频范围和精度的影响分析及误差分析等,结合MATLAB和optisystem软件验证方案的可行性。本论文的主要工作成果如下:(1)研究基于频率-微波功率映射的瞬时测频技术。提出基于偏振调制、色散效应且具有可调谐特性的改进测频方案。该系统使用单模光纤作为色散元件构造两支路功率衰减,利用两支路微波功率比值建立幅度比较函数(amplitude comparison function,ACF),实现频率与微波功率之间的一一对应关系。分析了方案中波长λ0、光纤长度L、偏振角度α、偏置角度φ参数对于系统的测频范围和测频精度的影响,并选择调节α或实现了四个频段较高精度的可调谐测量。该系统的环形器结构可改善原系统存在的偏振模色散的影响,并验证了其对精度具有较好的提升效果。理论上系统可在光纤长度为5km时,通过调节α或φ,实现0~26.3GHz内四个频段的可调谐测频,且误差控制在±0.25GHz。(2)研究基于频率-光功率映射的瞬时测频技术。提出基于干涉原理的双偏振马赫曾德尔调制器(dual-polarization Mach-Zehnder modulator,DPol-MZM)的测频方案。该系统使用DPol-MZM和偏振分束器构造出具有正交功率输出响应的光滤波结构,随后利用两支路信号的光功率比值建立ACF函数,实现了频率与所测光功率之间的一一对应关系。分析了方案ACF函数中的唯一可调参数——时间延时τ对系统测频范围和测频精度的影响。经过理论推导验证该系统通过调节时间延时τ,可实现不同的测量范围和测频精度。仿真验证了当τ设置为12.5ps时,该测频系统在0~40GHz的高精度测频能力,系统可在此相对较宽的测频范围内获得误差小于±0.030GHz的结果。
许明珠[7](2020)在《基于光电振荡器的光生微波关键技术研究》文中研究表明光电振荡器是光生微波的关键技术之一,具有极其突出的优势:频率高、相位噪声低。它可以克服电域生成微波信号面临的难题,在光载无线通信RoF、雷达系统、卫星通信等领域有着广泛的应用。本文主要研究的是基于光电振荡器OEO的光生微波关键技术,首先研究OEO频率漂移的主要机理,之后提出一种基于受激布里渊散射效应的倍频OEO结构以及一种基于OEO生成多波形微波信号的结构。本文主要工作内容包括:1.进行了针对光电振荡器频率漂移的主要机理研究。在对光电振荡器OEO理论分析的基础上深入研究了影响OEO频率稳定度的因素——光纤。首先由光纤布拉格光栅FBG引入,介绍FBG的基本概况,之后分析FBG的反射谱,主要讨论了光栅长度和折射率调制深度对FBG反射谱的影响。然后提出一种基于FBG的测量光纤折射率随应变变化的方案,详细介绍了该方案的原理,之后进行了实验测量并对结果进行分析,实验结果表明光纤折射率变化随纵向应变的增加而线性减小,其中理论和实验的减小率分别为0.45?10-6/?m和0.44?10-6/?m。该方案说明了光纤的应力敏感性会引起光纤折射率变化从而导致光电振荡器输出信号频率的漂移,因此提高光电振荡器的频率稳定度除了需要克服温度的影响之外,还需要考虑应力对于整个系统的影响。最后还搭建了基于光电振荡器生成微波信号的实验,实验成功生成频率为2.327GHz的微波信号。2.提出一种基于受激布里渊散射效应SBS的倍频光电振荡器OEO方案。首先对SBS的原理进行分析,具体讨论了SBS的概念、光纤中SBS的产生过程、布里渊增益谱和布里渊阈值。在有了一定的理论基础之后,提出了基于SBS的OEO方案,详细介绍了方案的原理,之后对方案中使用的双平行马赫-曾德尔调制器的调制方式做了具体展开,然后利用双平行马赫-曾德尔调制器的四倍频调制方式进行了整个倍频OEO系统的仿真,最后生成了频率为八倍布里渊频移即73.59GHz的微波信号,且其频率可调谐范围为70.42GHz75.55GHz;还生成了频率为四倍布里渊频移的微波信号,且其相位可调谐范围为0360°,另外还对OEO环路的相位噪声进行了仿真,得到的相位噪声理论仿真值为-111.8 dBc/Hz@10kHz。3.提出一种基于光电振荡器OEO的微波波形生成方案,通过调节马赫曾德尔调制器的调制指数、移相器的相移、电延迟线的延迟时间等系统参数,可以成功生成方波、三角波、锯齿波以及反锯齿波波形。首先分析了生成方波、三角波、锯齿波以及反锯齿波的原理,之后分别对波形生成方案进行了仿真分析,最后得到了频率为10GHz的方波、三角波、锯齿波以及反锯齿波波形,另外还讨论了马赫曾德尔调制器的消光比对系统生成波形的影响,仿真发现其并不会影响到生成波形的质量。
李沛轩[8](2020)在《微波光子信号频谱动态调控关键技术研究》文中进行了进一步梳理微波光子学利用光子技术实现微波信号的产生、传输、处理和控制,具有宽带、高速、低损耗、抗电磁干扰、频率响应平坦和并行处理能力强等方面的优点,因此近年来受到了广泛的关注与研究。而微波光子信号频谱调控是指对微波光子系统输出的信号实现频谱相关的处理功能,其所涉及的频谱滤波、频率变换、频域失真补偿、信号产生和相位控制等关键技术是保障现代通信、电子战、雷达、遥感探测等微波应用系统有效运行的基础关键。随着5G/B5G/6G移动通信系统和军用一体化电子系统等新一代微波系统不断地朝着高频段、大带宽、多制式、多频段和可动态重构方向快速演进,满足动态场景需求的宽带微波光子信号频谱调控技术成为了微波光子学领域的研究热点和难点。本文重点围绕频谱滤波、频率变换以及频域失真补偿这三类微波光子信号频谱调控关键技术,以动态场景应用需求为导向,基于理论分析和实验验证展开了如下研究:首先从可调谐微波光子滤波器(MPF)的性能参数优化和功能拓展两个方面进行了动态可重构微波光子频谱滤波的研究;其次,针对变频转换效率低和带内镜像干扰等关键问题,进行了宽带级联型微波光子混频结构的性能优化研究;然后,针对频谱失真这一微波光子系统普遍存在的共性问题,着力于典型的宽带多频段微波光子系统“子载波复用(SCM)光载无线(Ro F)系统”,重点研究了光纤色散效应导致的频率选择性功率衰落(简称为“色散衰落”)和三阶交调失真(IMD3)这两种微波光子信号频谱失真的动态补偿问题;最后,进行了高性能可重构微波光子射频前端研究,探索了所研究的三类调控技术的综合应用。在动态可重构微波光子频谱滤波的研究中,针对可调谐MPF的性能参数优化,论文基于偏振调制到强度调制转换的原理,结合两级受激布里渊散射(SBS)结构,实现了高带外抑制比性能的可调谐MPF;基于高速电控光波长切换及多相移光纤光栅提出了一种快速调谐的平顶单带通MPF的实现方案。针对MPF的功能拓展,采用多次切割宽带光源的方法实现了双频带独立可调谐的MPF;通过对微波调制边带在两个正交偏振维度上的幅度和相位调控,实现了具有同步带通和带阻滤波功能的多功能可调谐MPF。在级联型微波光子混频器系统的性能优化研究中,论文应用偏振调制技术,通过抑制光载波和光子学方法产生的相位正交I/Q中频信号,实现了变频转换效率的提升和镜像干扰的抑制。在SCM Ro F系统的信号频谱失真动态补偿研究中,论文引入了光独立边带调制技术以实现与系统传输距离和带宽无关的色散衰落补偿;提出了一种非迭代数字盲线性化算法进行IMD3的自适应动态补偿。最后,论文基于频谱切割宽带光源(BOS)、双驱马赫曾德尔调制器(DDMZM)、色散介质和数字后处理方法,构建了高性能可重构微波光子射频前端系统。论文的主要研究成果如下:第一、实现了一种高带外抑制比性能的可调谐MPF。经实验验证,该MPF具有超高的处理精度(7.7 MHz)和高达80 d B的带外抑制比。而且,通过泵浦光的频率控制,在保证高带外抑制比性能的同时,可实现中心频率的连续调谐,调谐范围为2.1 GHz到6.1 GHz。此外,实验展示了一种具备单带通平顶滤波响应的任意多通道快速调谐MPF。在实验中,该MPF的滤波响应矩形系数为2.27,且中心频率的调谐速度可达1.73ns。该MPF还具备高达41 d B的带外抑制比和在12 GHz工作范围内任意多个通道之间快速切换的功能。(第三章)第二、通过差分群时延干涉仪和马赫曾德尔干涉仪进行BOS的多次频谱切割,实现了一种面向双工器应用的双频带独立可调谐MPF。两个独立信道的中心频率可在0到6 GHz以及0到17 GHz之间独立调谐,信道间的隔离度超过44 d B。基于偏振复用MZM(PDM-MZM)和光纤SBS效应,实现了可同时提供频域通道选择(带通滤波)、带外干扰抑制(带阻滤波)和互补滤波输出(同步的带通和带阻滤波)等功能的多功能可调谐MPF。在实验中,该MPF具有高频率处理精度(~20 MHz)、高噪声信号抑制比(带通滤波:>35 d B;带阻滤波>51 d B)以及宽带可调谐(3到15 GHz)等特性。(第三章)第三、级联两个偏振调制器,在不需要光滤波的情况下实现了光载波的有效抑制,解决了低频段射频信号受限的问题,实现了宽谱覆盖的高转换效率微波光子混频系统。在2到15 GHz的输入信号频率测量范围内,该系统的变频转换效率相较于级联MZM结构提高了20 d B。级联相位调制器和偏振调制器,利用偏振调制器、单边带调制和两路光检偏器的组合,产生了两路相位正交的I/Q中频信号,借助于实时模拟电处理和离线数字处理分别实现了45 d B和60 d B的镜像抑制比。(第四章)第四、基于光独立边带调制,结合提出的无频谱保护间隔SCM信道频率分配方案,实验成功地验证了一个具有45个500 MHz带宽4QAM-OFDM SCM信道的Ro F系统,在15 GHz左右的电器件带宽条件下,实现了总带宽为22.5 GHz的SCM信号在50 km标准单模光纤(SSMF)链路中的传输。基于非迭代盲线性化算法和单端口驱动的双驱MZM的调制啁啾控制,实现了SCM Ro F系统的色散衰落和IMD3的灵活、自适应补偿,最终通过实验成功地验证了不同数目的500 MHz带宽64-QAM OFDM SCM信道(1、5、9、12)在不同长度SSMF(20 km、50 km和100 km)中的传输可行性。(第五章)第五、实现了一种具备信号频谱失真补偿功能的高性能可重构微波光子射频前端。实验结果表明,该系统具有可重构带通滤波、宽带微波光子混频和中频带通滤波等功能。DDMZM的偏压控制可实现色散衰落的补偿,获得0到15 GHz的滤波和中频响应调谐范围。该系统借助数字非迭代盲线性化算法有效地抑制了IMD3干扰,在滤波和混频两种功能模式下,系统的无杂散动态范围可分别由87.6 d B·Hz2/3和81 d B·Hz2/3改善为112 d B·Hz4/5和103.7 d B·Hz4/5。(第六章)综上所述,本论文针对动态场景下的微波光子信号频谱调控这一问题,围绕频谱滤波、频率变换和频域失真补偿这三类关键技术展开了研究。论文针对动态可重构微波光子频谱滤波,提出了多种MPF方案,进行了可调谐MPF的性能优化和功能拓展;设计了两种微波光子混频结构,有效地提升和抑制了宽带级联型微波光子混频系统的变频转换效率和镜像干扰;引入了独立边带调制,在解决色散衰落问题地同时,提升了SCM Ro F系统的带宽效率;提出了一种非迭代盲线性化算法,满足了动态场景下的IMD3自适应补偿需求并节省了系统开销和降低了处理时延;进行了上述三类调控技术的综合应用探索,设计了一种高性能可重构微波光子射频前端。
邵宇辰[9](2019)在《基于光电振荡机制的微波信号处理研究》文中研究指明微波信号的探测与处理在微波接收系统中起着重要作用,日益复杂的电磁环境对系统信号接收能力的要求越来越高。单纯的电子技术在工作频段、处理带宽、动态范围以及抗电磁干扰能力等方面日显不足,因此亟需研究新的技术方案突破局限,微波光子技术应运而生。微波光子技术将微波技术和光子技术有机结合,应用光子技术产生、传输和处理微波信号,充分发挥了光纤通信宽频段、大带宽、低损耗以及强抗电磁干扰等优势,融合微波技术的覆盖范围广、机动性强和灵活性高的特性,为微波信号探测与处理提供全新的解决思路。作为微波光子技术中的关键系统之一,光电振荡器(Optoelectronic Oscillators,OEOs)从最初的微波信号产生,逐渐发展到光传感、时钟信号恢复、信号探测和频率变换等诸多领域,发挥了微波光子技术的优势。本论文重点开展基于光电振荡机制的微波信号探测和频率变换研究。首先,根据微波光子链路和经典的光电振荡理论,建立了基于OEO的微波信号探测理论模型,并对传统的Yao-Maleki相位噪声理论模型进行了修正,为研究工作奠定了理论基础。针对低功率微波信号,提出了基于可鉴频OEO的探测方案,利用循环振荡增益机制,在光域内对光载微波信号进行放大。同时,利用光学选频机制对振荡频率进行调谐,实现对目标信号的频率选择性放大。基于建立的验证实验系统,实现了频率在1.5~5 GHz范围内低功率微波信号的探测,增益为10 dB,探测灵敏度达到-91 dBm,频率测量误差为±100 MHz。针对低功率窄带信号探测应用,进行了 QPSK调制信号的探测研究,对于同步语音信号,实现了-83 dBm的探测灵敏度。针对传统相位调制信号较大的光载波边带功率比(Optical carrier to sideband ratio,OCSR)导致OEO信号探测的增益受限问题,提出了基于等效相位调制的OCSR可调方案,通过抑制载波功率减小调制信号的OCSR,提升OEO信号探测系统的增益。实验上采用双平行马赫-增德尔调制器通过合理设置直流偏置工作点实现等效相位调制功能,实现了 2~18 GHz频率范围内低功率微波信号的探测,与基于传统相位调制的OEO信号探测方案相比,探测灵敏度提升了 9 dB。对基于等效相位调制的OEO信号探测系统进行了全面的测试研究,并分析给出了进一步提升探测能力的优化方案。针对接收宽频段微波信号的进一步处理,提出并研究了无外部本振的微波光子下变频方案。该方案采用偏振复用双环路OEO产生高质量、频率可调的本振信号,同时该OEO实现微波信号的下变频而无需外部本振源和额外的调制器。实验上产生了 2.5~7 GHz范围内频率可调的本振信号,边模抑制比达到56 dB,在10 kHz频偏处相位噪声为-109 dBc/Hz。应用生成的本振信号,实现了将3.5~8 GHz范围内的射频信号下变频至1GHz的同中频信号,无杂散动态范围为102.2 dB·Hz2/3。面向实际通信应用,研究测试了不同传输速率和不同信噪比下的微波信号下变频特性,验证了该方案用于无外部本振下变频接收的可行性。本论文的研究工作验证了光电振荡机制在低功率微波信号探测以及微波光子下变频等应用中的可行性和技术优势,为微波光子信号探测和处理提供了有效的解决方案。
袁瑾[10](2019)在《三角脉冲光子发生器和太赫兹波导光栅的研究》文中指出随着信息技术的蓬勃发展,低频频段越来越难以满足人们对带宽的需求。用电磁波传输信息,频率越高则可用带宽就会越大,因此人们开始对高频频段进行探索。微波光子学是一门新兴的交叉学科,将微波学和光子学融合在一起,目前在很多领域取得了显着的进展,主要包括微波/毫米波信号的光子学生成方法、传输方式、控制和处理,及光载无线(ROF)系统。由于引入了光子学,克服了传统微波技术中“电子瓶颈”问题,在高速无线通信网接入、雷达及卫星通信等民用和军用领域有着非常丰富的应用场景。随着人们对频谱资源的进一步探索,目前微波光子学的研究范围正朝着太赫兹(THz)领域拓展,因此有必要对应用在THz波段的波导和相关THz器件进行研究。本文结合所承担的国家自然科学基金重点项目和面上项目,就微波光子发生器和THz波导光栅展开了一系列深入的理论分析、仿真及实验研究,所取得的主要创新成果如下:1、设计并研究了两种利用连续射频(RF)调制结合光学色散效应实现的周期性三角脉冲信号光子发生器。两种方案利用了光学色散效应所致的功率衰落效应,实现信号光强度表达式和三角形傅立叶级数展开式的拟合,从而生成了重复频率四倍于RF调制频率的三角形光脉冲串。区别在于其中一个方案利用了四倍射频调制,获得了四倍频三角光脉冲信号,但需要较高的调制深度(m=4.438)。另一方案利用了两个级联的马赫增德尔调制器(MZM),降低了实现四倍频三角脉冲信号所需的调制深度(1≤m1≤3,m2=0.606)。由于方案所生成信号重复频率四倍于RF驱动频率,可生成具有高重复率的光脉冲串,扩大了三角形脉冲光子发生器的适用范围。2、将光学非线性效应应用到微波信号的光学生成中,提出一种基于半导体光放大器(SOA)中四波混频(FWM)效应的光学三角脉冲发生结构。该结构首先利用双平行马赫增德尔调制器(DP-MZM)进行小信号调制,生成的两个频率分量作为SOA中FWM效应的两个泵浦光,经过FWM效应后,产生两个新的携带了相同数据信息的频率分量。恢复载波信号后,利用滤波器滤掉不需要的频率分量。通过控制DP-MZM的调制深度m=1.2和SOA的偏置电流G=0.145A,可实现二倍频的三角形光脉冲信号。3、提出并研究了一种基于时域脉冲叠加的光学三角形脉冲发生器的结构。本方案的基本原理在于连续波(CW)经过DP-MZM调制后,获得脉冲信号,通过改变RF驱动信号的电压可以改变脉冲的形状或功率比。当DP-MZM上下两臂输出端的两个类矩形脉冲包络存在π/2的相位差时,两信号叠加可产生三角脉冲信号。与以前的方案不同,该方案可以独立调节信号包络的强度分布和时间延迟取代频谱整形,由于没有使用色散元件和滤波器,使得方案具有很好的调谐性。此外,由于方案只利用了一个DP-MZM和可调时延线(TDL),易于集成化。4、提出并研究了一种基于光偏振复用和偏振控制的三角形光脉冲串生成结构。该方案利用了正交偏振态光互不相干的原理,通过光交织器(OI)将四倍射频调制后光谱的两个内侧光边带与外侧光边带相分离,利用偏振合束器(PBC)将两个正交偏振态光耦合后,通过相位调制器(PM)在两个偏振态间引入90°的相位差。随后利用线性起偏器(LP)将混合偏振态信号变为单偏振态信号。方案给出了 LP偏振角度和调制深度之间的函数关系,可以通过改变偏振角度补偿调制深度的方法,实现调制深度在一定范围内动态可调(2.5≤m≤4.438)。5、提出并设计了一种基于亚波长波导的THz偏振不敏感光栅滤波器。选取轴对称圆形亚波长聚合物作为波导材料(文中选取Zeonex),并通过设计周期性的几何结构,实现一种THz均匀光栅。由于聚合物波导的尺寸是亚波长的,所以太赫兹辐射主要集中在波导表面传输。传输方向具有周期性的几何结构可以实现对THz波的衍射,从而在THz频谱上实现一个传输率很低的阻带窗口。当引入一个π相移点后,可以实现THz相移光栅,作为THz窄带通滤波器可应用于分辨率为2GHz和灵敏度为0.14THz/RIU的折射率传感中。6、提出并设计了一种基于亚波长波导的THz保偏光栅滤波器。选取矩形亚波长聚合物作为光栅的波导材料,由于亚波长波导横截面的几何各向异性(矩形)使得波导中存在两个具有正交偏振态的基模,这有助于THz波的偏振保持传输。因此,可以通过沿THz波的传播方向周期性地改变波导尺寸来设计基于亚波长波导的THz光栅。该光栅滤波器的优势在于可以同时实现两个偏振态的滤波特性。本文所设计的基于亚波长波导的THz光栅鲜有报道,对目前THz器件的研究提供了补充。
二、PMD and CD Characterization of Chirped FBG Using Microwave Photonic Technique(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、PMD and CD Characterization of Chirped FBG Using Microwave Photonic Technique(论文提纲范文)
(1)基于超快光学技术的实时测量系统研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超快光学技术简介 |
1.2.1 色散傅里叶变换在实时测量中的优势 |
1.2.2 光学时间拉伸技术在测量高速信号中的优势 |
1.3 基于超快光学技术的实时测量系统及研究进展 |
1.3.1 超快实时成像系统 |
1.3.2 实时光谱测量系统 |
1.3.3 实时传感系统 |
1.4 本论文的结构安排 |
2 超快光学技术理论与涉及的关键器件 |
2.1 色散傅里叶变换原理 |
2.1.1 色散傅里叶变换的实现条件 |
2.1.2 色散傅里叶变换的数学表达 |
2.2 光学时间拉伸技术原理 |
2.2.1 光学时间拉伸系统中的映射关系 |
2.2.2 光学时间拉伸过程的数学表达 |
2.2.3 光学时间拉伸系统中的非线性效应 |
2.3 超快光学技术中涉及的关键器件 |
2.3.1 用于产生超快激光的脉冲光源 |
2.3.2 马赫-曾德尔调制器 |
2.3.3 模数转换器以及光子时间拉伸模数转换器 |
2.4 本章小结 |
3 基于光学时间拉伸技术的实时器件表征 |
3.1 引言 |
3.2 基于相位分集的实时器件表征原理 |
3.2.1 脉冲响应和频率响应 |
3.2.2 单电极双输出马赫-曾德尔调制器 |
3.3 基于光学时间拉伸原理的待测器件实时表征系统实验方案 |
3.3.1 系统结构 |
3.3.2 相位分集仿真 |
3.4 待测器件响应的数字信号处理 |
3.4.1 时间序列分割和帧对齐 |
3.4.2 包络修正与脉冲响应定位 |
3.4.3 Tikhonov正则化 |
3.5 实验结果与讨论 |
3.5.1 相位分集测试 |
3.5.2 电放大器频率响应测试 |
3.5.3 讨论 |
3.6 本章小结 |
4 基于差分光学时间拉伸技术的瞬时频率测量 |
4.1 引言 |
4.2 差分光学时间拉伸技术实现原理 |
4.2.1 双输出推挽式马赫-曾德尔调制器 |
4.2.2 差分光电探测 |
4.3 瞬时频率测量系统结构 |
4.4 实验结果与讨论 |
4.4.1 单音信号测量 |
4.4.2 双音信号测量 |
4.4.3 讨论 |
4.5 本章小结 |
5 基于频谱整形和频时映射原理的实时应力传感系统 |
5.1 引言 |
5.2 频谱整形和频时映射原理 |
5.3 基于由PM-PCF构成的Sagnac干涉仪和频时映射原理的实时应力解调系统 |
5.3.1 保偏光子晶体光纤 |
5.3.2 光纤Sagnac干涉仪原理 |
5.3.3 基于PM-PCF的 Sagnac干涉仪原理与制作 |
5.3.4 基于PM-PCF的 Sagnanc干涉仪用于实时应力解调的系统结构 |
5.3.5 实验结果与分析 |
5.4 基于单模-两模-单模光纤滤波器和频时映射原理的实时应力解调系统 |
5.4.1 少模光纤 |
5.4.2 光纤M-Z干涉仪原理 |
5.4.3 单模-两模-单模光纤滤波器原理与制作 |
5.4.4 基于自制单模-两模-单模光纤滤波器的实时应力解调系统结构 |
5.4.5 实验结果与分析 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本论文的研究内容与成果 |
6.2 下一步拟进行的工作 |
参考文献 |
附录 A 缩略语 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(2)光电振荡器和光载无线技术的应用研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 OEO及其研究进展 |
1.2.1 OEO在信号生成和处理中方面的研究进展 |
1.2.2 OEO在传感中的研究进展 |
1.3 RoF技术及其研究进展 |
1.3.1 光子辅助的微波信号生成技术 |
1.3.2 RoF技术与光接入网的融合 |
1.4 论文的主要工作和章节安排 |
2 OEO建模与性能分析 |
2.1 OEO起振理论 |
2.2 OEO建模与分析 |
2.2.1 几种常见的OEO理论模型 |
2.2.2 基于非线性时变模型的OEO建模 |
2.2.3 仿真结果及性能分析 |
2.3 小结 |
3 OEO在时钟恢复、解复用和色散监测中的应用 |
3.1 OEO在时钟恢复、解复用中的应用 |
3.1.1 引言 |
3.1.2 OEO的注入锁定特性 |
3.1.3 实验系统的结构和原理 |
3.1.4 对脉冲信号时钟恢复和解复用的实验结果和分析 |
3.1.5 对不归零码信号的时钟恢复和码型变换的实验结果和分析 |
3.1.6 小结 |
3.2 OEO在光纤色散监测中的应用 |
3.2.1 引言 |
3.2.2 微波光子滤波器 |
3.2.3 实验系统的结构和原理 |
3.2.4 实验结果和分析 |
3.2.5 小结 |
4 OEO在快响应、高分辨距离传感和曲率传感中的应用 |
4.1 OEO在快响应、高分辨距离传感中的应用 |
4.1.1 引言 |
4.1.2 准直透镜耦合损耗的计算 |
4.1.3 实验系统的结构和原理 |
4.1.4 实验结果和分析 |
4.1.5 小结 |
4.2 OEO在快响应、高分辨曲率和温度传感中的应用 |
4.2.1 引言 |
4.2.2 实验结构和原理 |
4.2.3 实验结果和讨论 |
4.2.4 小结 |
5 RoF技术在信号生成和接入网中的应用 |
5.1 基于光子辅助的 CPS-DSB调制的 FSK信号生成 |
5.1.1 引言 |
5.1.2 实验原理 |
5.1.3 实验结果和讨论 |
5.1.4 小结 |
5.2 高速MMW5G-FWA技术 |
5.2.1 引言 |
5.2.2 实验原理 |
5.2.3 实验结果和分析 |
5.2.4 小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本论文主要的研究成果 |
6.2 存在不足与下一步拟进行的工作 |
参考文献 |
缩略词 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(3)高速光电子/光子器件频响特性精细表征技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景与意义 |
1.2 光子器件频谱响应特性表征技术 |
1.2.1 基于光谱分析的光标量分析技术 |
1.2.2 基于相移调制的光矢量分析技术 |
1.2.3 基于光干涉的光矢量分析技术 |
1.2.4 基于光单边带调制的光矢量分析技术 |
1.2.5 基于光双边带调制的光矢量分析技术 |
1.3 光电子器件频谱响应特性表征技术 |
1.3.1 声光移频外差法 |
1.3.2 接力移频外差法 |
1.3.3 双音调制外差法 |
1.4 本论文的创新点和结构安排 |
第二章 高速光电子/光子器件频响特性表征技术理论基础 |
2.1 窄带光滤波器基本理论 |
2.1.1 相移光纤光栅基本原理 |
2.1.2 受激布里渊散射基本原理 |
2.1.3 窄带光滤波器性能参数 |
2.2 电光调制器基本理论 |
2.2.1 马赫-曾德尔调制器基本原理 |
2.2.2 电吸收调制器基本原理 |
2.2.3 电光调制器性能参数 |
2.3 光电探测器基本理论 |
2.3.1 光电探测器基本原理 |
2.3.2 光电探测器性能参数 |
2.4 本章小结 |
第三章 本征相频响应高精度表征技术 |
3.1 K-K关系 |
3.2 Wiener-Lee 变换 |
3.3 原理及方案 |
3.4 仿真分析 |
3.5 实验验证 |
3.5.1 非零色散位移光纤测量 |
3.5.2 单模光纤测量 |
3.5.3 相移光纤光栅测量 |
3.5.4 微波器件测量 |
3.5.5 误差及算法的适用性分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 基于微波光子扫频的光学矢量分析技术 |
4.1 原理及方案 |
4.2 实验验证 |
4.2.1 非零色散位移光纤测量 |
4.2.2 相移光纤光栅测量 |
4.3 本章小结 |
第五章 高速电光调制器频响特性高精度表征技术 |
5.1 原理及方案 |
5.1.1 双频信号下变频法 |
5.1.2 光谱法 |
5.2 实验验证 |
5.3 误差及仿真分析 |
5.3.1 基于误差传递因子的误差分析 |
5.3.2 基于非理想消光比的误差分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 集成电吸收调制激光器内部光电相互作用表征技术 |
6.1 原理与EML散射参数矩阵建立 |
6.2 DFB激光器等效电路建立与参数提取 |
6.2.1 建立等效电路 |
6.2.2 元件参数提取 |
6.3 电吸收调制器等效电路建立与参数提取 |
6.3.1 建立等效电路 |
6.3.2 元件参数提取 |
6.4 EML 等效电路建立与表征 |
6.5 本章小节 |
第七章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(4)基于飞秒激光时域拉伸的超快光谱学技术(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 飞秒激光的时域和频域性质 |
1.2 光频梳的发展和应用 |
1.3 光频率梳光谱学的发展 |
1.3.1 光频梳光谱技术简介 |
1.3.2 单腔双频梳光谱学 |
1.3.3 光频梳参考的光谱学 |
1.4 飞秒时域拉伸技术的发展 |
1.4.1 飞秒时域拉伸技术简介 |
1.4.2 时域拉伸超快测距和成像的应用 |
1.4.3 时域拉伸超快光谱分析 |
1.5 研究意义和论文主要内容 |
1.5.1 研究意义 |
1.5.2 论文主要内容 |
第二章 基于飞秒非平衡时域拉伸光谱学的超快气体探测 |
2.1 时域拉伸后光频梳的时频映射关系 |
2.2 非平衡时域拉伸干涉仪 |
2.2.1 平衡与非平衡时域拉伸的干涉对比 |
2.2.2 基于Optiwave光学建模软件的色散参数优化 |
2.2.3 高阶色散对时域拉伸干涉测量的影响 |
2.3 超快气体探测实验 |
2.3.1 实验设计 |
2.3.2 超快探测结果 |
2.3.3 光谱压缩系数和分辨率 |
2.4 小结 |
第三章 基于光谱映射的宽光谱分析技术 |
3.1 传统光栅光谱仪发展的瓶颈 |
3.2 超快气体探测中的数据处理问题 |
3.3 微波光子学信号处理技术 |
3.3.1 微波光子学简介 |
3.3.2 微波测量领域的应用 |
3.4 宽带啁啾微波信号的光学调制 |
3.4.1 宽带啁啾微波信号的产生 |
3.4.2 基于Optiwave软件的光学调制仿真 |
3.5 基于光谱映射的宽光谱分析实验 |
3.5.1 实验设计 |
3.5.2 边带光谱分析 |
3.6 基于光谱映射的光谱仪设计 |
3.7 小结 |
第四章 基于频率扫描和锁定的低带宽多外差光谱学 |
4.1 多外差光频梳光谱学简介 |
4.2 单频光与光频梳的多外差探测 |
4.2.1 单频光与光频梳多外差干涉原理 |
4.2.2 多外差探测的光谱学应用 |
4.2.3 低带宽多外差探测的实现方式 |
4.3 光频梳参考的频率锁定和扫描技术 |
4.3.1 单频光的频率锁定和扫描 |
4.3.2 频率锁定效果和扫描间隔计算 |
4.4 气体光谱的低带宽多外差探测 |
4.4.1 实验设计 |
4.4.2 梳齿间拍频的抑制 |
4.4.3 宽谱扫描模式 |
4.4.4 精密分析模式 |
4.5 小结 |
第五章 时域拉伸在大气光谱分析中的应用展望 |
5.1 气体探测激光雷达中的频率扫描和锁定 |
5.2 时域拉伸和频率选通 |
5.3 基于时域拉伸和频率选通的气体探测激光雷达 |
5.4 小结 |
第六章 总结 |
参考文献 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
致谢 |
(5)光电振荡器及其应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 微波光子信号产生技术概述 |
1.2.1 非线性调制倍频 |
1.2.2 光学拍频 |
1.2.3 光电振荡器 |
1.3 光电振荡器发展现状 |
1.3.1 光电振荡器典型技术 |
1.3.2 光电振荡器典型应用 |
1.4 主要研究内容和章节安排 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 章节安排 |
第二章 光电振荡器理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 光电振荡器技术指标 |
2.2.1 相位噪声 |
2.2.2 频率稳定度 |
2.2.3 噪声谱与阿伦方差之间的关系 |
2.3 单环结构光电振荡器振荡特性研究 |
2.3.1 单环结构光电振荡器频谱特性 |
2.3.2 单环结构光电振荡器相位噪声特性 |
2.4 注入锁定结构光电振荡器振荡特性研究 |
2.4.1 注入锁定结构光电振荡器频谱特性 |
2.4.2 注入锁定结构光电振荡器相位噪声特性 |
2.5 本章小结 |
第三章 光电振荡器的相位噪声测试方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 微波源相位噪声测试方案 |
3.2.1 相位噪声测试方案概述 |
3.2.2 光子延时互相关相位噪声测试方案 |
3.2.3 基于波分复用技术的光子延时互相关相位噪声测试方案 |
3.3 光电振荡器相位噪声测试 |
3.3.1 基于波分复用技术的光电振荡器 |
3.3.2 基于光子延时互相关技术的光电振荡器相位噪声测试方案 |
3.4 本章小结 |
第四章 新型光电振荡器 |
4.1 引言 |
4.2 基于注入锁定和延时补偿的光电振荡器 |
4.2.1 模型及工作原理 |
4.2.2 实验结果分析 |
4.3 基于宇称-时间对称原理的光电振荡器 |
4.3.1 宇称-时间对称的选模机制 |
4.3.2 宇称-时间对称光纤激光器 |
4.3.3 宇称-时间对称光电振荡器 |
4.4 双频输出光电振荡器 |
4.4.1 模型及工作原理 |
4.4.2 实验结果分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 光电振荡器应用研究 |
5.1 引言 |
5.2 光电振荡器应变传感研究 |
5.2.1 模型及工作原理 |
5.2.2 实验结果分析 |
5.3 光电振荡器远距离位移传感研究 |
5.3.1 模型及工作原理 |
5.3.2 实验结果分析 |
5.4 光电振荡器准分布式传感结构 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 论文的主要创新点 |
6.3 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(6)基于频率-幅度映射的瞬时微波频率测量(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 微波光子学简介 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 论文研究内容及结构安排 |
2 关键器件及技术原理 |
2.1 光源 |
2.1.1 激光器原理 |
2.1.2 光源在测频链路的应用 |
2.2 调制技术 |
2.2.1 电光调制 |
2.2.2 相位调制 |
2.2.3 强度调制 |
2.2.4 偏振调制 |
2.3 光纤特性 |
2.3.1 单模光纤的传播模式 |
2.3.2 单模光纤特性 |
2.3.3 光纤在测频链路的应用 |
2.4 马赫曾德尔滤波器 |
2.4.1 马赫曾德尔滤波器原理 |
2.4.2 马赫曾德尔干涉仪在测频链路的应用 |
2.5 功率探测器 |
2.5.1 光电探测器 |
2.5.2 光功率计 |
2.6 本章小结 |
3 基于频率-微波功率映射的测频方案 |
3.1 基于偏振调制和色散效应的瞬时测频 |
3.1.1 系统组成及原理 |
3.1.2 参数讨论及影响 |
3.1.3 仿真结果及误差分析 |
3.2 改进方案 |
3.2.1 系统组成及原理 |
3.2.2 结果分析与讨论 |
3.3 本章小结 |
4 基于频率-光功率映射的测频方案 |
4.1 基于DPol-MZM的瞬时测频系统组成及工作原理 |
4.2 系统参数讨论 |
4.3 仿真及误差分析 |
4.4 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 论文工作总结 |
5.2 下一阶段工作 |
5.3 未来展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(7)基于光电振荡器的光生微波关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 微波光子学的发展 |
1.1.1 光载无线通信 |
1.1.2 光控相控阵天线 |
1.2 光生微波技术 |
1.2.1 强度调制法 |
1.2.2 光外差法 |
1.2.3 谐波法 |
1.2.4 光电振荡器法 |
1.3 光电振荡器国内外研究现状 |
1.4 论文结构安排 |
第二章 光电振荡器的理论基础 |
2.1 OEO振荡阈值条件 |
2.2 强度调制器传输特性的准线性化理论 |
2.3 OEO的信号频率和幅度 |
2.4 OEO振荡频谱特性 |
2.5 单环和双环OEO的频谱 |
2.6 OEO性能指标——相位噪声 |
2.7 本章小结 |
第三章 光电振荡器频率漂移的主要机理研究 |
3.1 影响光电振荡器频率稳定度的研究 |
3.1.1 光纤光栅概述 |
3.1.2 方案介绍以及原理 |
3.1.3 实验以及结果分析 |
3.2 光电振荡器的微波生成实验 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于受激布里渊散射效应的倍频光电振荡器 |
4.1 光纤中的受激布里渊散射效应 |
4.1.1 受激布里渊散射的产生过程 |
4.1.2 布里渊增益谱 |
4.1.3 布里渊阈值 |
4.2 基于受激布里渊散射SBS的倍频光电振荡器OEO方案 |
4.2.1 方案原理分析 |
4.2.2 倍频方案仿真 |
4.2.3 仿真结果分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 基于光电振荡器的微波波形生成方案 |
5.1 方波信号生成方案 |
5.1.1 理论分析 |
5.1.2 仿真验证 |
5.2 三角波信号生成方案 |
5.2.1 理论分析 |
5.2.2 仿真验证 |
5.3 锯齿波以及反锯齿波信号生成方案 |
5.3.1 理论分析 |
5.3.2 仿真验证 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(8)微波光子信号频谱动态调控关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 论文的研究背景及意义 |
1.2 微波光子信号频谱调控技术研究现状 |
1.2.1 微波光子滤波技术 |
1.2.2 微波光子混频技术 |
1.2.3 微波光子信号频谱失真补偿技术 |
1.3 论文的主要工作及结构 |
第2章 微波光子信号频谱调控的基本原理与技术 |
2.1 微波光子信号频谱调控基础技术 |
2.1.1 电光调制技术 |
2.1.2 基于光纤光学的光域信号处理技术 |
2.1.3 光电探测技术 |
2.2 典型微波光子信号频谱调控系统的功能实现原理 |
2.2.1 级联EOM架构微波光子混频原理 |
2.2.2 多光源架构微波光子滤波原理 |
2.3 典型微波光子信号频谱失真与原理 |
2.3.1 色散致频率选择性衰落 |
2.3.2 非线性频谱失真 |
2.4 本章小结 |
第3章 动态可重构微波光子频谱滤波研究 |
3.1 滤波性能参数优化 |
3.1.1 高带外抑制比的可调谐微波光子滤波器 |
3.1.2 多通道快速调谐的平顶单带通微波光子滤波器 |
3.2 滤波功能拓展 |
3.2.1 同步带通和带阻滤波的可调谐微波光子滤波器 |
3.2.2 双频带独立可调谐的微波光子滤波器 |
3.3 本章小结 |
第4章 宽带级联型微波光子混频系统的性能优化研究 |
4.1 宽谱覆盖高转换效率微波光子混频器 |
4.1.1 方案设计与无光滤波条件下光载波抑制原理 |
4.1.2 高转换效率混频实验与结果分析 |
4.2 高镜像抑制比微波光子混频器 |
4.2.1 方案设计与镜像干扰抑制原理 |
4.2.2 高镜像抑制比混频实验与结果分析 |
4.3 本章小结 |
第5章 宽带RoF系统的频谱失真动态补偿研究 |
5.1 基于光独立边带调制的宽带SCMRo F系统 |
5.1.1 光ISB调制SCM Ro F系统架构和信道频率分配方案 |
5.1.2 光ISB调制SCM Ro F系统传输性能实验 |
5.2 带通SCMRo F系统的非线性失真与色散衰落补偿 |
5.2.1 系统架构设计以及色散衰落和IMD3补偿原理 |
5.2.2 色散衰落和IMD3补偿实验与系统性能分析 |
5.3 本章小结 |
第6章 高性能可重构微波光子射频前端研究 |
6.1 微波光子射频前端的方案架构设计 |
6.2 可重构信号处理功能实验验证 |
6.2.1 微波光子带通滤波 |
6.2.2 微波光子混频和中频带通滤波 |
6.3 频谱失真补偿功能实验验证 |
6.3.1 滤波模式频谱失真补偿 |
6.3.2 混频模式频谱失真补偿 |
6.4 本章小结 |
总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士期间发表的论文及科研成果 |
(9)基于光电振荡机制的微波信号处理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要缩写表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 微波光子技术 |
1.2.1 微波光子技术概述 |
1.2.2 微波光子系统应用 |
1.3 基于光电振荡器的微波信号处理 |
1.3.1 微波信号产生 |
1.3.2 微波信号探测 |
1.3.3 微波光子变频 |
1.4 本论文的主要工作和内容 |
2 光电振荡理论模型与性能分析 |
2.1 引言 |
2.2 微波光子链路性能分析 |
2.2.1 相位调制器 |
2.2.2 强度调制器 |
2.2.3 主要性能指标 |
2.3 光电振荡器理论分析 |
2.3.1 系统增益 |
2.3.2 边模功率 |
2.3.3 探测灵敏度 |
2.3.4 相位噪声 |
2.4 本章小结 |
3 基于可鉴频OEO的低功率微波信号探测 |
3.1 引言 |
3.2 频率可调谐的微波光子滤波器 |
3.2.1 基于相位调制和PS-FBG的微波光子滤波器 |
3.2.2 PS-FBG反射光谱 |
3.2.3 微波光子滤波响应 |
3.3 基于OEO的低功率微波信号探测 |
3.3.1 系统构成和工作原理 |
3.3.2 信号探测系统性能分析 |
3.3.3 QPSK调制信号的探测性能 |
3.4 本章小结 |
4 基于等效相位调制的OEO探测增益提升 |
4.1 引言 |
4.2 基于等效相位调制和PS-FBG的高增益OEO |
4.2.1 基于DP-MZM的等效相位调制 |
4.2.2 高增益OEO工作原理 |
4.3 探测性能理论分析 |
4.3.1 系统增益 |
4.3.2 边模功率和探测灵敏度 |
4.4 实验结果与讨论 |
4.4.1 探测灵敏度 |
4.4.2 频率选择性放大 |
4.4.3 QPSK调制信号探测 |
4.4.4 系统性能优化 |
4.5 本章小结 |
5 无外部本振的微波光子下变频 |
5.1 引言 |
5.2 频率可调谐偏振复用双环路OEO |
5.3 本振信号性能测试与分析 |
5.3.1 频率可调谐特性 |
5.3.2 频谱纯净度 |
5.4 微波光子下变频性能测试与分析 |
5.4.1 相位噪声 |
5.4.2 本振频率可调谐的微波光子下变频 |
5.4.3 无杂散动态范围 |
5.4.4 16-QAM调制信号的微波光子下变频 |
5.5 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(10)三角脉冲光子发生器和太赫兹波导光栅的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 微波光子技术 |
1.2.1 微波光子技术研究热点 |
1.2.2 微波光子系统中关键器件及技术 |
1.3 太赫兹技术 |
1.3.1 太赫兹波特性与应用领域 |
1.3.2 太赫兹波导及其器件 |
1.4 本论文所涉及相关领域研究进展 |
1.4.1 微波光子发生器的研究进展 |
1.4.2 太赫兹器件的研究进展 |
1.5 本论文的结构安排与主要成果 |
2 利用色散实现的三角脉冲光子发生器的研究 |
2.1 引言 |
2.2 周期性三角形光脉冲的特性及实现原理 |
2.2.1 周期性三角形光脉冲的特性 |
2.2.2 周期性三角形光脉冲的实现原理 |
2.3 基于四倍射频调制和光栅色散效应的实现方案 |
2.3.1 周期性三角形光脉冲串的产生结构与原理 |
2.3.2 啁啾光栅的参数设计与仿真结果讨论 |
2.3.3 调制器消光比及偏置点漂移对三角脉冲的影响 |
2.4 基于射频调制和光纤色散效应的实现方案 |
2.4.1 周期性三角形光脉冲的产生结构与原理 |
2.4.2 仿真结果与实验结果讨论 |
2.5 本章小结 |
3 利用滤波器实现的三角脉冲光子发生器的研究 |
3.1 引言 |
3.2 基于FWM效应和滤波器的三角光脉冲实现方案 |
3.2.1 周期性三角形光脉冲的产生原理 |
3.2.2 仿真结果与讨论 |
3.3 基于级联DD-MZM和FBG滤波特性的三角脉冲实现方案 |
3.3.1 周期性三角形光脉冲串的产生结构与原理 |
3.3.2 仿真结果与讨论 |
3.3.3 DD-MZM偏置点漂移对三角脉冲的影响 |
3.4 本章小结 |
4 具有可调谐性的三角脉冲光子发生器的研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于时域脉冲叠加的光学三角脉冲发生器研究 |
4.2.1 周期性三角形光脉冲的产生原理 |
4.2.2 仿真结果与讨论 |
4.3 基于光偏振复用的光学三角脉冲发生器研究 |
4.3.1 周期性三角形光脉冲的产生原理 |
4.3.2 仿真结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
5 THz波段亚波长波导光栅的设计与研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于亚波长波导的THz偏振不敏感光栅的研究 |
5.2.1 THz均匀光栅滤波器的设计 |
5.2.2 THz相移光栅滤波器的设计 |
5.2.3 THz相移光栅滤波器在传感中的应用 |
5.3 基于亚波长波导的THz偏振保持光栅的研究 |
5.3.1 THz偏振保持均匀光栅滤波器的设计 |
5.3.2 THz偏振保持相移光栅滤波器的设计 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本论文的主要研究成果 |
6.2 下一步拟进行的工作 |
参考文献 |
附录A |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
四、PMD and CD Characterization of Chirped FBG Using Microwave Photonic Technique(论文参考文献)
- [1]基于超快光学技术的实时测量系统研究[D]. 白卓娅. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]光电振荡器和光载无线技术的应用研究[D]. 唐宇. 北京交通大学, 2021(02)
- [3]高速光电子/光子器件频响特性精细表征技术研究[D]. 袁飞. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]基于飞秒激光时域拉伸的超快光谱学技术[D]. 章振. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]光电振荡器及其应用研究[D]. 范志强. 电子科技大学, 2020(03)
- [6]基于频率-幅度映射的瞬时微波频率测量[D]. 董淑慧. 北京交通大学, 2020(03)
- [7]基于光电振荡器的光生微波关键技术研究[D]. 许明珠. 电子科技大学, 2020(07)
- [8]微波光子信号频谱动态调控关键技术研究[D]. 李沛轩. 西南交通大学, 2020
- [9]基于光电振荡机制的微波信号处理研究[D]. 邵宇辰. 大连理工大学, 2019(06)
- [10]三角脉冲光子发生器和太赫兹波导光栅的研究[D]. 袁瑾. 北京交通大学, 2019(01)