连续光二次相位调制技术的研究与应用

发布时间：2018-05-13 01:26

  本文选题：二次相位调制 + 时间透镜　； 参考：《天津大学》2015年硕士论文

【摘要】：本论文工作是针对超宽带线性扫频光源中的线性扫频单元展开的,它是高分辨率激光雷达成像系统(No.61471256)和高分辨率实时光谱仪系统中的关键部件。通过对连续光进行二次相位调制,能够得到光频梳和线性扫频信号。当这种基于连续光产生的光频梳作为多波长光源时,可以在高分辨率光谱仪中实现多波长并行扫频;而超宽带线性扫频信号不仅可提高雷达成像系统的分辨率,还可以提高上述实时光谱仪的扫描速率。本文对基于连续光的光频梳系统进行了数值模拟分析,并对系统进行了优化设计;提出利用二次相位调制产生线性扫频信号的新方法,并对该方法进行了理论分析和实验验证。最后,在实验的基础上,设计了能够在200GHz带宽内产生线性扫频光信号的系统,预计扫频速度为10 THz/ms。本文主要内容如下:1.本文简要介绍了连续光频梳和线性扫频光信号在密集波分复用光通信系统、高分辨率实时光谱仪系统和高分辨率激光雷达成像系统中的应用,综述比较了产生光频梳的多种方法,以及各种线性移频技术。2.介绍了时间透镜产生光频梳的基本原理。通过模拟计算,分析了系统中级联调制器个数及驱动调制器的电信号的变化对光频梳质量(即平坦度、谱线条数)的影响;研究了相位调制器驱动信号偏离二次波形和高阶谐波对光频梳质量的影响;确定了系统的各个参数的允许偏移量;为实验系统的优化及器件的选购提供了可靠的依据。3.归纳推导了锯齿波和二次函数相位调制产生频移的原理,并进行了详细的实验研究。结果表明锯齿波相位调制下,产生的固定频移可达到20 dB的边模抑制比,根据实验数据分析了影响边模抑制比的因素;在二次函数相位调制下,成功的获得了线性扫频光信号,用实时频谱分析仪观察并测量到扫频的线性度,并对影响扫频信号线性度的因素进行了定性的分析。4.在上述实验的基础上,设计了能够在200GHz带宽内产生线性扫频光信号的系统,预计扫频速度为10 THz/ms,为实现超高分辨率的激光雷达成像系统提供可靠的技术方案。
[Abstract]:The work of this thesis is aimed at the linear sweep unit in the UWB linear scanning light source, which is the key component of the high-resolution lidar imaging system No. 61471256) and the high-resolution real-time spectrometer system. By the quadratic phase modulation of the continuous light, the optical comb and the linear sweep signal can be obtained. When this kind of optical comb based on continuous light is used as multi-wavelength light source, multi-wavelength parallel frequency scanning can be realized in high-resolution spectrometer, and ultra-wideband linear sweep signal can not only improve the resolution of radar imaging system. The scanning rate of the real-time spectrometer mentioned above can also be improved. In this paper, the optical frequency comb system based on continuous light is numerically simulated and optimized, and a new method to generate linear sweep signal by using quadratic phase modulation is proposed, and the theoretical analysis and experimental verification of the method are carried out. Finally, on the basis of experiments, a system is designed to generate linear sweep optical signals in 200GHz bandwidth. The estimated sweep speed is 10 THz / ms. The main contents of this paper are as follows: 1. This paper briefly introduces the applications of continuous optical comb and linear sweep optical signal in dense wavelength division multiplexing optical communication system, high resolution real-time spectrometer system and high resolution lidar imaging system. This paper reviews and compares various methods of optical comb generation and various linear frequency shift techniques. 2. The basic principle of optical comb generated by time lens is introduced. The influence of the number of cascade modulators and the electrical signal of driving modulator on the quality of optical comb (i.e. flatness, number of lines) is analyzed by simulation. The influence of the phase modulator driving signal deviation from the second order waveform and the high order harmonics on the quality of the optical comb is studied, and the allowable offset of the system parameters is determined, which provides a reliable basis for the optimization of the experimental system and the selection and purchase of the devices. The principle of frequency shift generated by sawtooth wave and quadratic function phase modulation is induced and studied in detail. The results show that the fixed frequency shift can reach 20dB edge-mode rejection ratio under the phase modulation of sawtooth wave, the factors influencing the side-mode rejection ratio are analyzed according to the experimental data, and the linear frequency sweep optical signal is obtained successfully under the quadratic function phase modulation. The linear degree of sweep frequency is observed and measured by real-time spectrum analyzer, and the factors influencing the linearity of sweep signal are analyzed qualitatively. On the basis of the above experiments, a system is designed to generate linear sweep signal in 200GHz bandwidth. The estimated sweep speed is 10 THz / ms. it provides a reliable technical scheme for the realization of ultra-high resolution lidar imaging system.
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN761

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本文编号：1881041