【摘要】：隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展,低頻頻段越來越難以滿足人們對帶寬的需求。用電磁波傳輸信息,頻率越高則可用帶寬就會越大,因此人們開始對高頻頻段進(jìn)行探索。微波光子學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科,將微波學(xué)和光子學(xué)融合在一起,目前在很多領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展,主要包括微波/毫米波信號的光子學(xué)生成方法、傳輸方式、控制和處理,及光載無線(ROF)系統(tǒng)。由于引入了光子學(xué),克服了傳統(tǒng)微波技術(shù)中“電子瓶頸”問題,在高速無線通信網(wǎng)接入、雷達(dá)及衛(wèi)星通信等民用和軍用領(lǐng)域有著非常豐富的應(yīng)用場景。隨著人們對頻譜資源的進(jìn)一步探索,目前微波光子學(xué)的研究范圍正朝著太赫茲(THz)領(lǐng)域拓展,因此有必要對應(yīng)用在THz波段的波導(dǎo)和相關(guān)THz器件進(jìn)行研究。本文結(jié)合所承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目,就微波光子發(fā)生器和THz波導(dǎo)光柵展開了一系列深入的理論分析、仿真及實(shí)驗(yàn)研究,所取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:1、設(shè)計(jì)并研究了兩種利用連續(xù)射頻(RF)調(diào)制結(jié)合光學(xué)色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的周期性三角脈沖信號光子發(fā)生器。兩種方案利用了光學(xué)色散效應(yīng)所致的功率衰落效應(yīng),實(shí)現(xiàn)信號光強(qiáng)度表達(dá)式和三角形傅立葉級數(shù)展開式的擬合,從而生成了重復(fù)頻率四倍于RF調(diào)制頻率的三角形光脈沖串。區(qū)別在于其中一個(gè)方案利用了四倍射頻調(diào)制,獲得了四倍頻三角光脈沖信號,但需要較高的調(diào)制深度(m=4.438)。另一方案利用了兩個(gè)級聯(lián)的馬赫增德爾調(diào)制器(MZM),降低了實(shí)現(xiàn)四倍頻三角脈沖信號所需的調(diào)制深度(1≤m1≤3,m2=0.606)。由于方案所生成信號重復(fù)頻率四倍于RF驅(qū)動頻率,可生成具有高重復(fù)率的光脈沖串,擴(kuò)大了三角形脈沖光子發(fā)生器的適用范圍。2、將光學(xué)非線性效應(yīng)應(yīng)用到微波信號的光學(xué)生成中,提出一種基于半導(dǎo)體光放大器(SOA)中四波混頻(FWM)效應(yīng)的光學(xué)三角脈沖發(fā)生結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)首先利用雙平行馬赫增德爾調(diào)制器(DP-MZM)進(jìn)行小信號調(diào)制,生成的兩個(gè)頻率分量作為SOA中FWM效應(yīng)的兩個(gè)泵浦光,經(jīng)過FWM效應(yīng)后,產(chǎn)生兩個(gè)新的攜帶了相同數(shù)據(jù)信息的頻率分量�；謴�(fù)載波信號后,利用濾波器濾掉不需要的頻率分量。通過控制DP-MZM的調(diào)制深度m=1.2和SOA的偏置電流G=0.145A,可實(shí)現(xiàn)二倍頻的三角形光脈沖信號。3、提出并研究了一種基于時(shí)域脈沖疊加的光學(xué)三角形脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)。本方案的基本原理在于連續(xù)波(CW)經(jīng)過DP-MZM調(diào)制后,獲得脈沖信號,通過改變RF驅(qū)動信號的電壓可以改變脈沖的形狀或功率比。當(dāng)DP-MZM上下兩臂輸出端的兩個(gè)類矩形脈沖包絡(luò)存在π/2的相位差時(shí),兩信號疊加可產(chǎn)生三角脈沖信號。與以前的方案不同,該方案可以獨(dú)立調(diào)節(jié)信號包絡(luò)的強(qiáng)度分布和時(shí)間延遲取代頻譜整形,由于沒有使用色散元件和濾波器,使得方案具有很好的調(diào)諧性。此外,由于方案只利用了一個(gè)DP-MZM和可調(diào)時(shí)延線(TDL),易于集成化。4、提出并研究了一種基于光偏振復(fù)用和偏振控制的三角形光脈沖串生成結(jié)構(gòu)。該方案利用了正交偏振態(tài)光互不相干的原理,通過光交織器(OI)將四倍射頻調(diào)制后光譜的兩個(gè)內(nèi)側(cè)光邊帶與外側(cè)光邊帶相分離,利用偏振合束器(PBC)將兩個(gè)正交偏振態(tài)光耦合后,通過相位調(diào)制器(PM)在兩個(gè)偏振態(tài)間引入90°的相位差。隨后利用線性起偏器(LP)將混合偏振態(tài)信號變?yōu)閱纹駪B(tài)信號。方案給出了 LP偏振角度和調(diào)制深度之間的函數(shù)關(guān)系,可以通過改變偏振角度補(bǔ)償調(diào)制深度的方法,實(shí)現(xiàn)調(diào)制深度在一定范圍內(nèi)動態(tài)可調(diào)(2.5≤m≤4.438)。5、提出并設(shè)計(jì)了一種基于亞波長波導(dǎo)的THz偏振不敏感光柵濾波器。選取軸對稱圓形亞波長聚合物作為波導(dǎo)材料(文中選取Zeonex),并通過設(shè)計(jì)周期性的幾何結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)一種THz均勻光柵。由于聚合物波導(dǎo)的尺寸是亞波長的,所以太赫茲輻射主要集中在波導(dǎo)表面?zhèn)鬏敗鬏敺较蚓哂兄芷谛缘膸缀谓Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對THz波的衍射,從而在THz頻譜上實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳輸率很低的阻帶窗口。當(dāng)引入一個(gè)π相移點(diǎn)后,可以實(shí)現(xiàn)THz相移光柵,作為THz窄帶通濾波器可應(yīng)用于分辨率為2GHz和靈敏度為0.14THz/RIU的折射率傳感中。6、提出并設(shè)計(jì)了一種基于亞波長波導(dǎo)的THz保偏光柵濾波器。選取矩形亞波長聚合物作為光柵的波導(dǎo)材料,由于亞波長波導(dǎo)橫截面的幾何各向異性(矩形)使得波導(dǎo)中存在兩個(gè)具有正交偏振態(tài)的基模,這有助于THz波的偏振保持傳輸。因此,可以通過沿THz波的傳播方向周期性地改變波導(dǎo)尺寸來設(shè)計(jì)基于亞波長波導(dǎo)的THz光柵。該光柵濾波器的優(yōu)勢在于可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)偏振態(tài)的濾波特性。本文所設(shè)計(jì)的基于亞波長波導(dǎo)的THz光柵鮮有報(bào)道,對目前THz器件的研究提供了補(bǔ)充。
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邐北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文邐逡逑無論是理論框架還是器件，ＴＨｚ波段仍是微波波段和光子波段的一個(gè)缺口，稱為逡逑電磁頻譜中的“太赫茲間隙”（ＴＨｚＧａｐ）。ＴＨｚ波段可以看作微波和光子之間的一逡逑座橋梁，它具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)，因此可催生特有的技術(shù)。近十幾年來，隨著光逡逑子學(xué)和高頻電子技術(shù)的迅速發(fā)展，對ＴＨｚ的產(chǎn)生、檢測及其應(yīng)用研[傄菜嬤鈐懼義掀鵠矗郟玻�？Ｊn＃裕齲ㄏ嘍雜詮獠ǖ牧孔幽芰康�、信噪比笖]嘍雜諼⒉ㄓ志哂屑礤義系鈉蕩�，因此其灾G锘Т杏胩講�、医学断矐C上瘛⒁約鞍踩嗖獾攘煊蚨煎義嫌兇歐淺Ｖ匾那痹謨τ眉壑擔(dān)郟玻擔(dān)玻叮蕁ｅ義

本文編號：2605351