基于光注入半导体激光器的微波光子滤波器和上变频系统

发布时间：2020-08-28 17:56

　　光电子系统的低损耗和大带宽的能力使其在微波信号的处理和传输上备受吸引力。与此同时,人们对高容量通信系统的需求也使得微波技术在光发射机和接收机中被广泛使用。这两种趋势促使了微波光子学领域的发展。微波光子学利用光学的处理方法来代替电域的处理方法,具有低损耗、大带宽、质量轻和抗电磁干扰等优点,在军事通信、民用通信、商用通信、有线电视、天文探索、光信号处理以及光交换网络等领域都有重要应用。光注入技术可以优化分布反馈式(DFB)半导体激光器的工作性能,能够让半导体激光器表现出丰富多样的光学特性。半导体激光器在光注入锁定的情况下具有扩大调制带宽、增强谐振峰、降低调制信号啁啾和减小系统噪声等特性。此外,当有多种频成分的光注入到半导体激光器时,半导体激光器对注入光中特定波长的光起选择性放大作用,这在微波光子学领域有及其重要的实用价值。论文以微波光子学的应用为导向,探索了光注入半导体激光器的特点,并基于光注入半导体提出了新的微波光子滤波器以及全光信号上变频方案。本论文的整体架构如下:1、本章主要介绍了微波光子学的研究领域和意义,然后对光注入半导体激光器进行了理论分析和概述。2、本章主要介绍了基于光注入DFB激光器产生的单边带调制以及嵌入型OEO实现的光子学全光信号上变频方案。通过光注入锁定一个直接调制的DFB半导体激光器,实现了一个接近OdB光载波抑制比(OCSR)的单边带调制,成功地避免了传统双边带调制的光学信号在传输过程中的周期性衰落效应。系统嵌入的OEO提供了一个频率为10.66 GHz的本振信号,以实现光学信号的上变频,其在10-kHz偏移频率处的相位噪声为-102.96dBc/Hz。本方案中,我们同样使用了一个射频信号源作为对比,其在10-kHz偏移频率处的相位噪声为-92 dBc/Hz,显然我们的方案便显出更好的低相位噪声特性。这使得上变频系统实现了低成本、高集成度。在实验中,数据速率高达2.5 Gb/s的基带信号可以在输出频率为10.66 GHz的OEO成功进行上变频。由于SSB调制,光纤传输后的上变频信号没有出现功率衰减,表明了该方案的无色散补偿传输特性。3、本章对基于光注入半导体锁定激光器的微波光子滤波器(MPF)进行了研究,我们提出了一种基于光注入FP激光器的单通带微波光子滤波器,并进行了实验验证。基于光注入法布里-珀罗(F-P)激光器的波长选择性放大理论,我们提出了一种窄带可调谐的微波光子滤波器,来自主激光器的光波加到相位调制器上,产生的相位调制的信号通过环形器进入从激光器。通过改变失谐频率,注入功率比以及偏置电流等注入参数,实现了 3dB带宽为275MHz、带外抑制比为27.9dB以及可调谐范围为9-32GHz的微波光子滤波器。然后,我们在系统中巧妙地加入了一个可调谐激光器,用来锁定F-P半导体激光器的另一个波长,从而实现了一个可调谐的双通带微波光子滤波器。4、本章是整篇论文的概括和展望。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN248

【参考文献】