新型光電振蕩器及其在光載射頻傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、微波振蕩器作為微波信號源、高速通信參考時鐘信號以及信號檢測的頻率標(biāo)準(zhǔn)，是通信系統(tǒng)、導(dǎo)航、雷達(dá)、測試儀器、電子對抗等射頻應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。光電振蕩器(optoelectronic oscillator，OEO)采用光電反饋環(huán)路與光子儲能的物理機(jī)制，將激光能量轉(zhuǎn)換為微波信號能量，擺脫了傳統(tǒng)微波振蕩器隨頻率升高相位噪聲顯著升高的限制。OEO由于可以取得很低的相位噪聲特性，在未來涉及微波/毫米波系統(tǒng)的許多重要領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。深入開展新

2、型光電振蕩器的相關(guān)理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究還具有重要的科學(xué)意義與理論價值。
　　本文對新型光電振蕩器技術(shù)進(jìn)行了深入研究。首先研究了OEO的工作原理，提出了OEO經(jīng)典理論模型的一些修正。在此基礎(chǔ)上，針對高頻毫米波信號的產(chǎn)生和寬帶可調(diào)諧OEO的實(shí)現(xiàn)，提出了一些創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)方案與關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后，結(jié)合未來寬帶泛在接入網(wǎng)絡(luò)中的光載射頻傳輸(RoF)系統(tǒng)，研究實(shí)現(xiàn)了一種基于OEO的矢量信號上變頻技術(shù);并設(shè)計了一種適合

3、于未來寬帶泛在接入的毫米波RoF接入方案，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下:
　　1.研究了OEO的工作原理，通過分析OEO經(jīng)典理論模型(Yao-MalekiModel)，提出了對Yao-Maleki理論模型的修正，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了微波放大器非線性會限制OEO振蕩功率，頻率相關(guān)的閃爍噪聲會提高OEO近載波噪聲的觀點(diǎn)。
　　2.利用馬赫增德爾調(diào)制器(MZM)的非線性實(shí)現(xiàn)了高頻毫米波信號的產(chǎn)生。首先提出了基于雙電極馬

4、赫增德爾調(diào)制器(DEMZM)來實(shí)現(xiàn)OEO二倍頻信號輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、倍頻信號質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。為了提高倍頻次數(shù)，提出一種基于雙平行馬赫增德爾調(diào)制器(DPMZM)來實(shí)現(xiàn)OEO六倍頻信號輸出的方法，通過仿真證實(shí)了方案的可行性。最后，我們還實(shí)現(xiàn)了一種利用有理數(shù)諧波鎖模光纖激光器產(chǎn)生四倍頻60GHz信號的方案，可以提高外調(diào)制方法的倍頻效率。
　　3.在研究OEO頻率調(diào)諧機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了多種OEO寬帶調(diào)諧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，豐富和完

5、善了OEO靈活調(diào)諧的物理機(jī)制。論文首先提出了一種利用受激布里淵散射來實(shí)現(xiàn)寬帶可調(diào)諧OEO的方法，并且通過載波相移雙邊帶調(diào)制的方式，同時實(shí)現(xiàn)了OEO頻率可調(diào)諧和倍頻輸出功能，其中系統(tǒng)固有的布里淵噪聲限制了OEO的相位噪聲性能。在此基礎(chǔ)上，提出另一種基于窄帶相移光纖光柵濾波和調(diào)節(jié)激光波長的方案。在單邊帶調(diào)制器的協(xié)助下，帶有窄帶透射峰的相移光纖光柵等效為一個高Q濾波器來選擇振蕩頻率。通過調(diào)節(jié)激光器波長，實(shí)現(xiàn)了X波段的寬帶可調(diào)諧輸出。該方法具有

6、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并有可能實(shí)現(xiàn)幾十GHz的頻率調(diào)節(jié)范圍。為了消除使用昂貴的可調(diào)諧激光器，論文提出了第三種方案。通過構(gòu)建一個色散引起的復(fù)合腔微波光子濾波器，基于它來實(shí)現(xiàn)一種電壓控制的、調(diào)諧范圍達(dá)到數(shù)GHz的OEO。該方案只需要一個固定頻率的激光器、具有電氣友好的特性，其短環(huán)結(jié)構(gòu)也適合光子集成。
　　4.論文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于OEO來實(shí)現(xiàn)RoF系統(tǒng)中矢量信號上變頻的方案。該方案不需要任何的電混頻器和外部本振信號，避免了傳統(tǒng)