新型光電振蕩器及其在光載射頻傳輸系統(tǒng)中的應用研究.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準，是通信系統(tǒng)、導航、雷達、測試儀器、電子對抗等射頻應用領域的關鍵器件。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制，將激光能量轉換為微波信號能量，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)的許多重要領域具有廣闊的應用前景。深入開展新

2、型光電振蕩器的相關理論與關鍵技術的研究還具有重要的科學意義與理論價值。
　　本文對新型光電振蕩器技術進行了深入研究。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。在此基礎上，針對高頻毫米波信號的產(chǎn)生和寬帶可調諧OEO的實現(xiàn)，提出了一些創(chuàng)新的結構方案與關鍵技術，并進行了相關系統(tǒng)結構的實驗驗證。最后，結合未來寬帶泛在接入網(wǎng)絡中的光載射頻傳輸(RoF)系統(tǒng)，研究實現(xiàn)了一種基于OEO的矢量信號上變頻技術;并設計了一種適合

3、于未來寬帶泛在接入的毫米波RoF接入方案，進行了實驗驗證。論文的主要創(chuàng)新點和學術貢獻如下:
　　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，通過實驗驗證了微波放大器非線性會限制OEO振蕩功率，頻率相關的閃爍噪聲會提高OEO近載波噪聲的觀點。
　　2.利用馬赫增德爾調制器(MZM)的非線性實現(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、赫增德爾調制器(DEMZM)來實現(xiàn)OEO二倍頻信號輸出，具有結構簡單、工作穩(wěn)定、倍頻信號質量高等優(yōu)點。為了提高倍頻次數(shù)，提出一種基于雙平行馬赫增德爾調制器(DPMZM)來實現(xiàn)OEO六倍頻信號輸出的方法，通過仿真證實了方案的可行性。最后，我們還實現(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，可以提高外調制方法的倍頻效率。
　　3.在研究OEO頻率調諧機理的基礎上，提出了多種OEO寬帶調諧的系統(tǒng)結構方案，豐富和完

5、善了OEO靈活調諧的物理機制。論文首先提出了一種利用受激布里淵散射來實現(xiàn)寬帶可調諧OEO的方法，并且通過載波相移雙邊帶調制的方式，同時實現(xiàn)了OEO頻率可調諧和倍頻輸出功能，其中系統(tǒng)固有的布里淵噪聲限制了OEO的相位噪聲性能。在此基礎上，提出另一種基于窄帶相移光纖光柵濾波和調節(jié)激光波長的方案。在單邊帶調制器的協(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。通過調節(jié)激光器波長，實現(xiàn)了X波段的寬帶可調諧輸出。該方法具有

6、結構簡單、調節(jié)速度快等優(yōu)點，并有可能實現(xiàn)幾十GHz的頻率調節(jié)范圍。為了消除使用昂貴的可調諧激光器，論文提出了第三種方案。通過構建一個色散引起的復合腔微波光子濾波器，基于它來實現(xiàn)一種電壓控制的、調諧范圍達到數(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)結構也適合光子集成。
　　4.論文提出并實現(xiàn)了一種基于OEO來實現(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)