直接调制宽带模拟光载射频链路设计

发布时间：2020-04-07 21:45

【摘要】：近年来,以5G移动通信技术为代表的新通信技术日益受到人们的关注。频谱资源是一种不可再生的资源,随着近年来通信业的飞速发展,可用的频谱资源日益枯竭,无线接入在带宽和速率上渐渐到达瓶颈。在适洋的背景下,以光载射频技术为代表的新无线传输技术受到了广泛关注。直接调制光载射频链路中,射频信号直接加到半导体激光器上,输出光谱强度随外加射频信号的变化而线性变化,强度调制输出光经过长光纤链路传输后到达光电探测器,拍频后得到衰减的原射频信号。与无线传输链路相比,直接调制光载射频链路具有链路结构简单、适合快速部署、传输容量大、保密性好等优点,在室内无线信号传输、军事通信、5G信号传输方面具有巨大的应用前景。本论文设计了一款工作频段为10 MHz-4 GHz的直接调制光载射频链路,并对链路性能进行了研究及测试。与间接调制相比,直接调制激光器具有更大的光谱啁啾,本文对直接调制激光器的啁啾产生,及啁啾对模拟光载射频链路性能的影响进行了分析,并通过实验对相关的理论分析进行了验证。首先,分析了光载射频链路在射频信号传输方面的优势及未来发展前景,回顾了自上世纪六十年代以来国内外学者对于光载射频链路的研究历程,介绍了光载射频链路系统的基本概念与研究现状。接着,分别对直接调制光载射频链路和外调制光载射频链路分别进行了建模,对由半导体激光器、光纤和光电探测构成的最基本的直接调制光载射频链路进行了分析,介绍了各器件性能对链路整体性能的影响从速率方程推导作为切入点,对直接调制半导体激光器输出光谱的频率啁啾进行了研究,推导了含有啁啾的强度调制信号经长光纤传输后,光谱啁啾与光纤色散叠加对链路造成的影响。然后,利用实验室现有器件,设计并制作了一款直接调制光载射频链路,并对该链路的性能进行了测试。随后利用高分辨率复数光谱仪和射频测量仪器,对直接调制激光器输出光谱啁啾及其对链路造成的影响进行了测量,实际测量结果与理论推导吻合程度好。测量结果表明,通过控制直接调制激光器的偏置电流与温度处于合适的状态,能够使光谱啁啾处于较低的水平,从而提升链路的谐波特性。
【图文】：

直接调制,半导体激光器,激光器,电光特性

图２．２直接调制激光器电光特性曲线逡逑如图２．２为半导体激光器的电光特性曲线图，其中表示半导体激光器的斜率效率，逡逑衡量半导体激光器电光转换效率高低的物理量。／，？为半导体激光器阈值电流，当激光器逡逑置电流大于阈值电流时，激光器输出光功率随偏置电流线性变化。在调制信号上增加直逡逑偏置／Ａ，＾，能够防止直接调制半导体激光器出现截止失真。当偏置电流／／＿＞／，？时，直逡逑调制半导体激光器输出的瞬时光功率７＾（０可以表示为＾逡逑Ｐｉ．Ｄ（ｔ）邋＝邋ｓｗＩｗ（ｔ）邋＝邋ｓｗ（１ｈ，，ａｓ－Ｉｌｈ邋＋邋Ｉｎｍｉ（ｔ））逦（２．１）逡逑中，为加载到激光器ｉ的射频调制电流。逡逑在光接收端，经过拍频恢复出来的光电流／＆，（／）则为逡逑／ｄｅ，（０邋＝邋＾ｃ，（０邋＝邋＾７；Ｐ，0（／）逦（２．２）逡逑

电光特性,半导体激光器,斜率效率,激光器

逦光栜路逦射频输出逡逑图２．１直接调制光载射频链路结构逡逑饱和区逡逑输“逦＾一＾■—－逡逑蠢身：：士逡逑自激辐射＼逦＾逡逑输入电流逡逑图２．２直接调制激光器电光特性曲线逡逑如图２．２为半导体激光器的电光特性曲线图，其中表示半导体激光器的斜率效率，逡逑是衡量半导体激光器电光转换效率高低的物理量。／，？为半导体激光器阈值电流，当激光器逡逑偏置电流大于阈值电流时，激光器输出光功率随偏置电流线性变化。在调制信号上增加直逡逑流偏置／Ａ，＾，能够防止直接调制半导体激光器出现截止失真。当偏置电流／／＿＞／，？时，直逡逑接调制半导体激光器输出的瞬时光功率７＾（０可以表示为＾逡逑Ｐｉ．Ｄ（ｔ）邋＝邋ｓｗＩｗ（ｔ）邋＝邋ｓｗ（１ｈ，ａｓ－Ｉｌｈ邋＋邋Ｉｎｍｉ（ｔ））逦（２．１）逡逑其中，为加载到激光器ｉ的射频调制电流。逡逑在光接收端，经过拍频恢复出来的光电流／＆，（／）则为逡逑／ｄｅ
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1

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