全光微波信號處理技術的研究.pdf

1、隨著人們對寬帶無線通信需求的增長,無線通信向高頻的微波頻段拓展。然而由于處理速率的限制,傳統(tǒng)的電子技術對于高速微波信號的處理顯得捉襟見肘。同時,隨著頻率的提高,微波信號在空氣中的傳輸損耗也增加,因此微波信號無法進行長距離的傳輸。光子具有天然的帶寬巨大的優(yōu)勢,因此采用光子技術處理高速的微波信號可以擺脫電子技術處理速率瓶頸的限制。并且,光纖具有低損耗長距離傳輸的能力,因此可以借助光纖通信技術來實現微波信號的長距離傳輸,如光纖無線電(RoF)

2、、光纖超寬帶(UWBoverfiber)技術等等。此外,采用光子技術處理微波信號還具有極強的抗電磁干擾能力,因而微波光子技術在軍事、民用通信等方面均具有重要的應用價值。
　　本論文基于電光調制器、光學濾波器以及半導體光放大器(SOA)開展了微波光子技術方面的研究,主要的研究內容包括微波光子濾波器、光學產生及調制超寬帶(UWB)信號以及光學產生相位編碼的微波信號。本論文的貢獻主要體現在以下幾個方面:
　　(1)利用光學帶通濾波

3、器對相位調制的光信號進行失諧濾波,得到功能新穎的微波光子濾波器。提出了基于相位調制和兩個可調光學濾波器(TOBF)實現可切換的微波光子濾波器,通過控制TOBF對相位調制的光信號失諧方向,在光域內實現微波信號的相加或相減,得到在帶通濾波和帶阻濾波之間相互切換的微波光子濾波器;同時對方案進行改進,提出了采用陣列波導光柵(AWG)的兩個信道對相位調制的兩列光信號分別進行反向失諧濾波,得到通帶更加平坦以及阻帶頻率選擇性更強的微波光子帶阻濾波器;

4、提出了采用延時干涉儀(DI)結合TOBF同時得到微波帶通與微波帶阻濾波器,利用DI的兩個輸出端口的傳遞函數反相的特點,在DI的兩個輸出端口分別得到微波帶通濾波器和微波帶阻濾波器,實現對微波信號的路由功能。
　　(2)提出了采用法布里-珀羅半導體光放大器(FP-SOA)對相位調制的光信號失諧濾波來得到微波光子濾波器。通過簡單的調節(jié)FP-SOA的偏置電流改變FP-SOA的增益譜來改變FP-SOA的增益譜與光載波之間的頻率關系,在0~4

5、0GHz的范圍內分別得到Q值為184的單通帶微波光子濾波器和形狀因子為1.26的平通帶、邊沿陡峭的微波光子濾波器,并可實現微波濾波器通帶中心頻率可調。
　　(3)提出了利用級聯的馬赫-曾德爾調制器(MZM)產生UWB脈沖。采用兩個馬赫-曾德爾調制器(MZM)級聯產生UWBmonocycle脈沖,當兩個調制器均工作在推挽狀態(tài)時產生單波長無啁啾的monocycle脈沖。同時對級聯三個或四個MZM產生doublet或triplet脈沖進

6、行了模擬驗證。
　　(4)利用MZM和SOA的非線性效應產生UWB脈沖。提出將MZM和1個半導體光放大器(SOA)級聯,利用SOA的增益飽和效應對光脈沖進行非均勻放大得到兩個極性相反的monocycle脈沖,同時提出采用電的方法切換MZM的偏壓點實現對產生的monocycle脈沖的雙相位調制并進行仿真驗證;提出采用MZM和兩個SOA級聯,通過兩次利用SOA的增益飽和效應產生一對極性相反的doublet脈沖;為簡化系統(tǒng),提出了將MZ

7、M和FP-SOA級聯,利用FP-SOA中FP腔的反饋作用和SOA的增益飽和效應產生一對極性相反的UWB脈沖,并對產生的UWB脈沖在光纖和空氣中的傳輸也進行了實驗研究。
　　(5)利用頻率上轉換將厘米波段UWB脈沖經過頻率上轉換為毫米波段UWB脈沖。在實驗中采用延時干涉儀(DI)對相位調制的光信號進行失諧濾波得到厘米波段monocycle脈沖,結合MZM的載波抑制調制將厘米波段monocycle脈沖進行頻率上轉換得到毫米波段mono