基于光注入DFB半导体激光器的光电振荡器和上变频系统

发布时间：2017-09-25 07:13

  本文关键词：基于光注入DFB半导体激光器的光电振荡器和上变频系统

  更多相关文章： 微波光子学 光注入 DFB半导体激光器 光电振荡器 上变频 光载无线 非线性效应

【摘要】：微波光子学是一门交叉学科,它将射频工程与光子学技术连接起来。它主要是研究光子学器件和技术以及用这些器件来产生,传输和处理微波和毫米波信号。因此,它具有很多在电域里很难或者不可能实现的优势,如低损耗,大带宽,质量轻和抗电磁干扰等。它在雷达系统,无线通信,有线电视,光信号处理和高速光开关网路有着广泛的应用。作为一种可以有效改善分布反馈式(DFB)半导体激光器工作特性的手段,光注入技术引入的动力学特性可以广泛的应用在微波光子学领域。通过光注入,从激光器的调制响应和输出特性可以被显著的提高,如增大的调制带宽,增强的谐振频率,减弱的啁啾和噪声。此外,在光注入条件下,注入的光信号会被从激光器选择性的放大。在本论文中,会通过理论和实验对光注入下DFB激光器的动力学特性进行研究。通过将这些效应应用到微波光子学中,本文完成了一些光电振荡器(OEO)和光载无线(RoF)系统的研究工作。文章的主要工作介绍如下：1、第一章首先对微波光子学的研究背景和应用进行了简要的介绍。其次,对光注入技术的研究历史和应用进行了回顾。2、本章提出一种新型的频率可以宽带调谐的光电振荡器。在这个OEO结构中,不需要高速外调制器和电带通滤波器即能实现环腔起振。我们通过实验对其进行了验证。通过光注入,DFB激光器的弛豫振荡频率得到了增强,而该频率处的高调制效率可以使环腔起振的阈值增益降到20 dB以下。利用一个商用的直调带宽为10 GHz的DFB激光器,实验实现了频率从5.98 GHz到15.22GHz可调谐微波信号输出。通过改变主从激光器之间的注入比和失谐频率可以轻松地实现调谐。实验产生的频率为9.75 GHz微波信号的10 kHz频率偏移处的相位噪声是-104.8 dBc/Hz。如果使用一个具有更大响应带宽的光电探测器和一个增益曲线更平坦的电放大器,该OEO的最大可调谐输出频率还能进一步提高。3、本章提出一种基于光注入DFB激光器的OEO实现的光子学信号上变频方案。由于DFB激光器在光注入条件下的波长选择放大特性,OEO环腔可以实现稳定的起振,并且从激光器会被+1阶边带锁定。此时,对DFB激光器直接调制一个基带信号,只有+1阶边带会被强调制,而其它边带基本不受影响,由此实现了近似单边带调制。此外,通过调整注入比和失谐频率,可以实现0 dB的载波边带比,这个状态下的RoF系统具有最佳的传输性能。OEO环腔中加入电滤波器的目的是为了防止中频信号调制会对振荡产生影响。该OEO在输出一个高质量本振信号的同时,也实现了上变频器的作用。通过对光环行器输出光信号的光电转换,我们就可以得到上变频后的信号。在本实验中,数据速率为622 Mb/s,1.25 Gb/s和2.5 Gb/s的基带信号被成功的上变频到10.66 GHz,并实现了25.2 km无色散补偿的传输。4、本章对光注入过程中的交叉增益调制(XGM)和四波混频(FWM)效应进行了研究。当携带有本振信号的光注入到DFB激光器中时,由于存在XGM效应,从激光器发出的光会被调制上相位相反的本振信号。此时,在DFB激光器上直接调制一个中频信号就可以实现上变频过程。在FWM过程中存在光相位共轭的特性,这一特性可以用在模拟光链路中来补偿色散。在本节工作中,DFB激光器同时作为非线性介质诱导FWM效应和一个泵浦激光器。与传统的基于半导体光放大器和色散位移光纤的光相位共轭方案相比,本实验不需要额外的泵浦源。实验结果表明,在50.4 km长的光纤中由色散导致的功率消逝被成功的补偿,补偿带宽达到33 GHz。与此同时,系统的无杂散动态范围被提高了12.6 dB.Hz2/3。5、本章是对全文工作的总结和展望。
【关键词】：微波光子学 光注入 DFB半导体激光器 光电振荡器 上变频 光载无线 非线性效应
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN753.2;TN248.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 微波光子学12-15
• 1.1.1 微波光子学简介12
• 1.1.2 微波光子学的常用器件12-14
• 1.1.3 微波光子技术的应用14-15
• 1.2 光注入半导体激光器15-18
• 1.2.1 光注入技术简介15
• 1.2.2 光注入对从激光器特性的影响15-17
• 1.2.3 光注入技术的应用17-18
• 1.3 论文的主要工作及安排18-20
• 参考文献20-25
• 第二章 光注入DFB半导体激光器在光电振荡器中的应用25-43
• 2.1 光电振荡器简介25-27
• 2.2 基于光注入的宽带可调谐OEO27-38
• 2.2.1 实验原理及方案27-32
• 2.2.2 实验结果与分析32-38
• 2.3 本章小结38-40
• 参考文献40-43
• 第三章 基于光注入DFB激光器的数字信号上变频43-56
• 3.1 光载无线技术简介43-46
• 3.2 基于注锁OEO的全光信号上变频46-51
• 3.2.1 实验原理及方案46-47
• 3.2.2 实验结果与分析47-51
• 3.3 本章小结51-53
• 参考文献53-56
• 第四章 光注入DFB激光器中的XGM和FWM效应56-69
• 4.1 基于光注入DFB激光器中XGM效应的上变频56-61
• 4.1.1 实验原理及方案56-57
• 4.1.2 实验结果与分析57-61
• 4.2 基于光注入DFB激光器中FWM效应的色散补偿61-64
• 4.2.1 实验原理及方案61-62
• 4.2.2 实验结果与分析62-64
• 4.3 本章小结64-66
• 参考文献66-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 硕士期间发表文章71-73
• 致谢73-74

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本文编号：916053