宽带低延时光锁相环路研究

发布时间：2020-05-30 05:39

【摘要】：宽带激光锁相技术将主要应用于零差激光相干探测,由于目标反射的激光较弱,同时受空间光(如日光、空间散射光、人工光源)的干扰,难以直接远距离探测和跟踪。通过宽带激光锁相技术,可以实现回波脉冲激光与本振激光的频率一致和相位锁定,从而实现对微弱脉冲激光回波信号的零差相干探测。同时近年来国内外对激光锁相技术的关注和研究,推动了光锁相技术在相干光通信、微波光子学、相干太赫兹光子学等领域的应用。本课题研究宽带低延时光锁相环路,考虑环路的带宽和延时,在环路设计研制中,通过微型化环路元器件和缩短环路路径,提高锁相环路宽带和降低延时。本文首先介绍了激光锁相环路的应用背景,分析了国内外激光锁相环的研究进展和发展方向。目前激光锁相技术通常应用于连续激光,以实现脉冲激光锁相为目标,提出了宽带激光锁相环方案。选用平衡锁相环的结构,简单分析了平衡锁相环的基本原理,同时对激光锁相环路主要元器件包括90°光混频器、环路滤波器、宽带可调谐激光器进行了分析,采用线性相位模型建立和分析了脉冲激光锁相环路模型。理论分析和仿真了环路捕捉带和捕捉时间,通过减小环路延迟,增大调频带宽,环路捕捉带可达到120 MHz。同时,通过合理选取环路增益,可以在脉冲上升沿完成锁相。且初始频差越小,捕获时间越短,脉冲波形恢复效果越好。采用Simulink搭建激光锁相环路模型,仿真了环路捕捉时间,对锁相环路的热噪声、散粒噪声、相对强度噪声以及锁相精度和锁相激光功率进行了理论分析。进一步完成了激光锁相环路的设计方案,设计了激光锁相环路的整体结构,并设计了激光锁相环路的整体光学机械底座结构,同时完成了激光锁相环路中90°光混频器、平衡光电探测器和环路滤波器的设计方案,并进行了性能仿真分析。搭建了激光锁相环路实验平台,并分别运用所设计的有源环路滤波器和无源环路滤波器,实现了激光相位锁定,同时测量环路延时仅为1.2 ns,环路带宽达到40 MHz。
【图文】：

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图 1-3 美国加州大学研制的集成光锁相环的结构图与集成环路[21]由于本振激光器采用了宽带可调谐 SG-DBR 激光器，，环路带宽达到 1.1GHz；并得益于集成化环路结构，环路集成于 10mm×10mm 的载板上，环路延时仅为200ps。SG-DBR 激光器的线宽大于 10MHz，输入信号（参考）激光的线宽为 100kHz时，锁相精度为 10 （主要受限于 SG-DBR 激光器的线宽）。采用该锁相环实现了25~40Gbps 的零差相干光传输。当采用外差方式锁相，偏频达到 40GHz 时，仍可以实现相位锁定。在此基础上开展了激光频率合成、毫米波/THz 产生等研究。

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PIC、EIC 和 LF 形成闭合环路，实现对输入信号图 1-3 美国加州大学研制的集成光锁相环的结构图与集成环路振激光器采用了宽带可调谐 SG-DBR 激光器，环路带宽达成化环路结构，环路集成于 10mm×10mm 的载板上，环BR 激光器的线宽大于 10MHz，输入信号（参考）激光的线度为 10 （主要受限于 SG-DBR 激光器的线宽）。采用该锁的零差相干光传输。当采用外差方式锁相，偏频达到 40G锁定。在此基础上开展了激光频率合成、毫米波/THz 产
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

【参考文献】