基于光子技术的宽带射频信号产生研究

发布时间：2020-07-12 07:38

【摘要】：当今社会已经进入了信息化的时代,射频信号的广泛应用是信息化时代的重要特征之一。射频信号在基础科研、无线通信、生物成像、雷达系统中都具有重要的应用。通信速率日益增长、高质量的生物成像、高分辨率的雷达系统都对射频信号的质量和带宽产生了重大的需求。基于传统电子学技术产生的射频信号已经不能满足上述需求。光子学辅助射频信号产生技术因其在信号质量、带宽、可集成化、以及低功耗方面具有明显的优势备受关注。本文对基于光子技术的宽带射频信号产生技术展开研究。基于飞秒激光器的光生微波技术可获得目前频谱纯度最好的微波信号,但其在宽带、快速调谐方面仍显不足。而现代电子系统中往往对信号源具有低相噪、宽带覆盖、频率快速切换等要求。现有的技术方案在宽带调谐以及频率快速切换方面仍显得不足。本文提出一种基于频率变换对技术以实现从飞秒激光器光生微波中任意阶谐波的低相噪提取。相比已有技术,基于频率变换对的光生微波技术具有以下优势:(1)高效的AM-PM耦合噪声抑制;(2)宽带的频率调谐范围、以及快速的调谐速度;(3)高效的光电转换效率。本文首次提出了一种新型的啁啾振荡光电振荡器(OEO),这种OEO突破了传统OEO在产生频率捷变信号方面的限制,其腔内能够支持大量模式同时稳定振荡。我们引入了一个扫频的滤波器以替换传统OEO中的静态滤波器,扫频滤波器迫使这些振荡纵模之间的幅度和相位具有特定的值,从而获得所需的信号。特别地,啁啾振荡OEO能够实现大带宽、大时延、低噪声的调频信号产生,雷达、通信等系统有望从中获得性能的提升。传统针对OEO的研究集中在连续、单频的微波信号产生上,啁啾振荡的OEO的提出扩展了OEO的研究方向,为OEO产生更复杂的波形、实现更多样的功能提供了原型。在传统的基于延时线的振荡器中,由于腔内信号的相位线性/准线性演化,其固有频率受限于腔的延时,其输出频率只能是特定的离散的频率点。本文首次提出了另外一种新型的OEO,即光电参量振荡器(OEPO)。通过在传统的OEO中引入非线性的参量过程,使得信号在腔内传播时经历非线性的相位跳变,最终使得振荡的纵模不再受限于腔的延时。OEPO可以实现稳定的多纵模同时振荡,输出宽带的微波信号。在不改变腔长的条件下,通过引入非线性的相移,OEPO可以实现对振荡频率的任意调谐,这突破了基于延时线的振荡器起振频率的离散性。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN911.2
【图文】：

噪声恶化,光子学,射频信号,研究现状

即使原信号的噪声性能较差，通过分频也可以获得相应的相噪压缩。例如，２００ＴＨＺ的逡逑光频分频到１０ＧＨｚ，可获得８６ｄＢ的相噪压缩，因而即使光频振荡的噪声较差，仍可逡逑获得足够好的射频信号。这种技术思路的关键是找到分频的技术手段。图１－２展示了逡逑－３邋－逡逑

频谱,振荡器,相位抖动,幅度

式中为振荡器的幅度波动，炉⑴为其相位抖动。通常，两者的相对波动都满足逡逑｜ａｐ；）｜？ｌ，＾／）｜？１。从频谱上看，理想的振荡器的输出在数学上为狄拉克函数，可逡逑以写为如图２－１所示。而实际的振荡器输出，由于幅度和波动相位上的抖逡逑动，其频谱会被展宽。逡逑－９邋－逡逑

光拍,微波产生,激光二极管,锁相环

仍有相应要求。逡逑２）基于光注入锁定（ＯＩＬ）激光拍频技术逡逑光注入锁定是另外一种关联不同光频信号的技术。其基本结构如图２－３。利用频逡逑率为／？ｆ的外部信号调制主激光器。当射频信号功率较大的时候，主激光器输出的光逡逑信号具有明显的高阶边带。将输出的光信号注入到另外一个激光器中（从激光器），逡逑当调制信号的频率满足一定的条件时，其高阶的频率分量刚好与从激光器的固有频率逡逑相同，使得从激光器的振荡频率锁定到主激光器的某一高阶边带上。这过程实际上是逡逑由主激光器提供从激光器种子光，因此从激光器振荡的光信号与激光器锁定。主激光逡逑器与从激光器的输出进行拍频得到频率为ｉ／ｍ的高阶谐波，ｎ为整数。由于从激光器逡逑的光信号是以主激光器的注入信号作为种子的，因此主从激光器之间具有良好的相干逡逑性

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