基於前向調製技術的毫米波光子發生器研究

《基於前向調製技術的毫米波光子發生器研究》是依託北京交通大學，由寧提綱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於前向調製技術的毫米波光子發生器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：寧提綱
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

光生毫米波，充分利用光子學優勢，產生傳統電子學所無法獲得的高頻毫米波，在寬頻無線通信、B3G移動通信和雷達監測等民用和軍用領域中有著重要的套用前景。本申請所提出的毫米波光子發生器採用非相干雙波長光為光源，傳統的此類方案中，為獲得具有大頻率間隔的相干光，通常需要採用鎖相環對非相干光進行相位鎖定，目前來說，該技術仍存在一定的缺陷，其中包括結構相對複雜和性能不夠穩定等。我們提出一種替代方案，該方案以前向調製技術代替傳統的鎖相環技術，並結合經典的電光調製原理及光學濾波原理，在無需進行相位鎖定的情況下，從非相干雙波長光中獲得用於差拍的相干光邊帶，進而獲得穩定無干擾的毫米波信號，發生器可提供至少四倍的倍頻因子，而且其結構具有極大的靈活性。本申請所涉及的方案國際上未見報導，其實現不僅有助於豐富毫米波光子發生器結構，同時其靈活的結構、低廉的成本也有著廣闊的市場前景，可望實現產業化。

結題摘要

微波光子學將微波學和光子學融合在一起，其研究範圍包括微波/毫米波信號的光學生成、微波毫米波頻率的光傳輸鏈路等。微波/毫米波的光學發生器是關鍵技術，傳統的電子學生成方法，會遇到頻寬和載頻的電子學瓶頸；光子學的方法不受電子瓶頸限制，可以產生很高的載頻和頻寬，並且具有抗電磁干擾、重量輕、結構緊湊的優點。同時，基於光子學的毫米波信號生成可以與射頻光纖傳輸系統天然地兼容，無需額外的電光和光電轉換設備。 基於前向調製技術的毫米波光子發生器，使用雙波長光作為光源，在無相位鎖定的情況下，獲取相干光邊帶，進而獲得穩定無干擾的毫米波信號，可獲得提供四倍以上的倍頻因子。提出了一種長周期光纖光柵新型單邊帶毫米波光子發生器設計方案，並將所設計方案套用到RoF系統中。利用連續光雷射器和馬赫增德爾調製獲得雙邊帶調製信號，通過所設計的長周期光纖光柵，使一側的光邊帶得到抑制，從而獲得單邊帶調製信號。 基於雙平行馬赫曾德調製器，設計了具有動態光載波邊帶比（OCSR）調諧能力的光單邊帶毫米波光子發生器實現方案，並實驗驗證，分別對調製器最大傳輸點、最小傳輸點進行定位，並對單調製器調製、平行調製器調製進行性能測試以及建立OCSR與射頻功率之間的對應關係。對前向調製技術進行改進，利用兩個連續光雷射器結合改進型前向調製技術以及波分復用技術，實現本振信號4倍頻，從而利用15GHz本振信號實現60GHz毫米波信號生成。探索了利用偏振調製器進行微波頻率測量的可行性，設計了基於偏振調製器的單光源解析度與範圍可調的瞬時微波頻率測量系統，利用一個偏振調製器、色散補償光纖、偏振分束器、光電探測器可實現具有高解析度的微波頻率檢測。探索基於毫米波發生器所用關鍵器件生成太赫茲信號的可能性，提出了基於F-P雷射器頻率可調太赫茲光載無線傳輸系統方案，並對其傳輸特性進行研究。利用F-P雷射器的多縱模譜特特性，獲得40-480GHz可調節毫米波/太赫茲發生裝置，最後將其套用於RoF傳輸系統，獲得可調節太赫茲光載傳輸系統。對光子發生器所需微分器件進行了全面深入的研究，提出了基於雙芯光纖結構的全光微分器方案，進行了詳細的理論及仿真驗證，研究了系統中光器件在其他領域的套用，如球錐光纖濾波器在感測中套用。 我們還將項目進展過程中所做的工作，進行了全面、細緻的整理，發表了24篇高水平論文，授權多項國家專利，畢業3名博士生。