微波光子波形信号生成及时间拉伸模数转换技术研究

发布时间：2020-07-07 05:29

【摘要】：波形信号发生器与模数转换器是目前通信、雷达、信息处理设备中必不可少的组件,近年来信号的产生与处理不断向高频率、高速率与高精度方向发展。利用光子技术能很容易的产生高达几十GHz的波形信号,并且光域的波形信号生成技术能有效避免电域的复杂结构,降低高频电磁干扰且操作简单;光子辅助拉伸模数转换器由于具有十分优越的性能,自提出后就一直被人们所关注。这种光域信号处理结构十分巧妙的利用了光纤中特有的色散展宽效应将输入的信号调制到光脉冲包络上进行拉伸,光电转换后就可以得到拉伸后频域压缩的信号,此后通过模数转换器对拉伸后的信号进行采样与量化,在保持高精度的同时降低了对信号处理设备的速率与带宽的要求。然而目前众多的波形信号生成方案难以做到同时输出多种波形信号和倍频,对本振信号的频率要求高;光子时间拉伸模数转换器把待处理的射频信号调制到光脉冲包络上进行拉伸展宽,因此后端需要将拉伸后的射频信号从光脉冲包络上解析下来。差分去包络是一种线性去包络技术,然而为了保持时间相干性,需要将互补的两路信号在时间上错开之后送入同一段光纤中进行传输,降低了拉伸倍数。为了解决上述问题,本文从理论分析、仿真讨论的角度对微波光子波形信号生成及光子辅助时间拉伸模数转换器展开研究,详细内容如下:1.设计了一种多功能波形信号同时生成的方案,该方案充分地利用了两个调制器调制效率的偏振相关性。本文从理论分析与仿真验证两个角度入手对该方案进行研究,结果表明该方案能同时生成三角波、方波、半占空比锯齿波以及全占空比锯齿波,而且操作简便,调谐性好。2.设计了一种新颖的能生成倍频三角波信号的结构,原理中平衡探测器被用来消除生成的4次谐波,增强生成的2次与6次谐波,使用5GHz的射频信号作为本振信号进行仿真与实验,光电转换后生成10GHz的全占空比的三角波信号,实现了生成二倍频波形信号的目的。3.结合差分去包络算法设计了一种时间拉伸模数转换方案,该方案利用双偏振调制器的偏振复用性将互补的两路信号送入同一段光纤中进行传输,然后通过偏振分束器将互补的两路信号分开进行处理,在利用差分去包络技术的同时,提高了拉伸倍数。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51
【图文】：

调制器,光信号

光信号的相位差是 180 的偶数倍，则两路光信号功率相加增强，所以我们能够利用晶体两端的电场来调节光信号的功率。图2.1 调制器的结构马赫-增德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator, MZM）根据射频输入端口的数量被分成两大类。图2.2 MZM 的两种基本类型下面从数学原理上分析经过 MZM 后光场强度的变化。假设注入到 MZM 的光信号为： 0expin cE t E jw t(2-2)其中0E 与cw 分别为光载波的电场幅度与角频率。假设 MZM 中的所有分路器都是理想的，那么在分路器处输入的光波被一分为二变成完全相同的两路光信号，进入上下两个光路中进行传播的信号可以表示如下：

基本类型,光信号,功率,调制器

两路光信号的相位差为 180 度的奇数倍，则在输出端叠加的时候功率相消。如果两路光信号的相位差是 180 的偶数倍，则两路光信号功率相加增强，所以我们能够利用晶体两端的电场来调节光信号的功率。图2.1 调制器的结构马赫-增德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator, MZM）根据射频输入端口的数量被分成两大类。

曲线,功率输出,曲线,函数公式

图2.3 MZM 的功率输出曲线中可以得出以下结论：MZM 输出光场的特性主要由加载，可以利用调节射频信号与直流电压的方式来改变输出光知，MZM 的输出功率是外加驱动电压1 2V V的周期函数与输入的功率相等，out inP P，那么就称此时在最大点；当仅达到输入功率的二分之一， 2out inI I，那么就称此时，输出的功率几乎为 0， 0outI ，那么就称此时在最小点l 函数公式：22 0 21(2 1)2 1 2 11cos( sin ) ( ) ( ) 2 ( ) cos(2 )1sin( sin ) ( ) 2 ( )sin[(2 1)( ) ( 1) ( )j nn nn nj nn nn nmm mx J x e J x J x nx J x e J x njJ x J x

【参考文献】