微波光子振蕩器的研究.pdf

1、微波光子振蕩器(MPO)作為一種微波信號(hào)源產(chǎn)生技術(shù)，主要由激光器和光電反饋環(huán)組成。其物理機(jī)制是利用調(diào)制器和光學(xué)器件將反饋信號(hào)加載至連續(xù)光上進(jìn)行儲(chǔ)能及其它信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性、高頻譜純度和低相位噪聲的微波信號(hào)輸出，且相位噪聲性能不再受振蕩頻率的束縛，可應(yīng)用于光載無(wú)線通信系統(tǒng)(RoF)、光信號(hào)處理、雷達(dá)、傳感器、電子對(duì)抗系統(tǒng)及現(xiàn)代儀表儀器等相關(guān)領(lǐng)域。為此，研究MPO相關(guān)理論和技術(shù)方案具有重要的指導(dǎo)意義。
　　論文在研究經(jīng)典MPO(Y

2、ao-Maleki模型)和光域雙環(huán)MPO的基礎(chǔ)上，從可重構(gòu)性、頻率可調(diào)諧性和多倍頻三個(gè)方面出發(fā)，分別提出了幾種新的結(jié)構(gòu)方案，并利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行了性能測(cè)試。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、研究了經(jīng)典MPO(Yao-Maleki模型)的理論模型和工作特性，從理論和實(shí)驗(yàn)得出性能指標(biāo)(模間距、相位噪聲)與環(huán)長(zhǎng)的關(guān)系。接著，針對(duì)提高邊模抑制性能和后續(xù)工作的需要，研究了光域雙環(huán)MPO，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能提升的可行性。
　　2、根據(jù)

3、可循環(huán)延時(shí)線(RDL)的物理機(jī)制，研究并提出了兩種雙耦合循環(huán)延時(shí)線型可重構(gòu)MPO。首先提出了一種雙耦合單循環(huán)延時(shí)線(DC-RDL)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中不僅利用DC-RDL的濾波特性，且結(jié)合其雙輸出端口與PBS構(gòu)成的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)雙抽頭微波光子濾波器(MPF)，完成振蕩模式篩選的功能。通過(guò)改變DC-RDL環(huán)長(zhǎng)，對(duì)MPF進(jìn)行重構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)諧性。接著，通過(guò)在第一種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上級(jí)聯(lián) DC-RDL，形成串聯(lián)耦合雙循環(huán)延時(shí)線(SC-DRDLs)

4、結(jié)構(gòu)，其級(jí)聯(lián)特性決定了大的自由頻譜范圍(兩個(gè) DC-RDL的最小公倍數(shù))，可實(shí)現(xiàn)邊模抑制性能的提升。最后，兩種結(jié)構(gòu)均通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了可行性驗(yàn)證和對(duì)比。
　　3、通過(guò)研究MPO的調(diào)諧機(jī)制，提出了三種寬帶可調(diào)諧MPO的結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)一步完善了MPO的靈活調(diào)諧機(jī)制。首先提出了一種利用上單邊帶調(diào)制信號(hào)與泵浦光相互作用形成受激布里淵散射效應(yīng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)諧MPO的結(jié)構(gòu)。通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整泵浦波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的寬帶調(diào)諧輸出。系統(tǒng)由于受激布里淵散射

5、效應(yīng)的影響，限制了其穩(wěn)定性和相位噪聲的性能。接著，提出了另一種可調(diào)諧MPO。系統(tǒng)中，通過(guò)利用雙激光源和啁啾光柵(CFBG)構(gòu)建成一個(gè)由色散導(dǎo)致傳輸衰減效應(yīng)的全光微波光子濾波器(MPF)。簡(jiǎn)單調(diào)整兩個(gè)激光源的波長(zhǎng)間隔，改變 MPF的中心頻率，進(jìn)而輸出微波信號(hào)獲得了4.057~8.595 GHz的調(diào)諧范圍，且相位噪聲性能和穩(wěn)定性有較大的提升。為了消除使用昂貴的可調(diào)諧激光源，論文提出了第三種方案。通過(guò)構(gòu)建載波相移雙邊帶調(diào)制(CPS-DSB)系

6、統(tǒng)并結(jié)合色散器件形成微波光子濾波器(MPF)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單調(diào)整可變延時(shí)線，改變載波相位，輸出微波信號(hào)獲得了7.235~14.05 GHz的調(diào)諧范圍。該結(jié)構(gòu)僅需一個(gè)波長(zhǎng)固定的激光源，且調(diào)諧器件為無(wú)源器件—可變延時(shí)線。具有成本低、電氣友好的特性。
　　4、通過(guò)探究MPO的倍頻機(jī)制，提出了兩種多倍頻MPO的方案。首先提出了一種將MZI結(jié)構(gòu)和布拉格光柵(FBG)融合處理來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩信號(hào)六倍頻輸出的方案，理論和實(shí)驗(yàn)得出，可獲得頻譜純度較高的六倍頻