【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行探索。微波光子學是一門新興的交叉學科,將微波學和光子學融合在一起,目前在很多領域取得了顯著的進展,主要包括微波/毫米波信號的光子學生成方法、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,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、雷達及衛(wèi)星通信等民用和軍用領域有著非常豐富的應用場景。隨著人們對頻譜資源的進一步探索,目前微波光子學的研究范圍正朝著太赫茲(THz)領域拓展,因此有必要對應用在THz波段的波導和相關(guān)THz器件進行研究。本文結(jié)合所承擔的國家自然科學基金重點項目和面上項目,就微波光子發(fā)生器和THz波導光柵展開了一系列深入的理論分析、仿真及實驗研究,所取得的主要創(chuàng)新成果如下:1、設計并研究了兩種利用連續(xù)射頻(RF)調(diào)制結(jié)合光學色散效應實現(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色散效應所致的功率衰落效應,實現(xiàn)信號光強度表達式和三角形傅立葉級數(shù)展開式的擬合,從而生成了重復頻率四倍于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級聯(lián)的馬赫增德爾調(diào)制器(MZM),降低了實現(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頻率四倍于RF驅(qū)動頻率,可生成具有高重復率的光脈沖串,擴大了三角形脈沖光子發(fā)生器的適用范圍。2、將光學非線性效應應用到微波信號的光學生成中,提出一種基于半導體光放大器(SOA)中四波混頻(FWM)效應的光學三角脈沖發(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)進行小信號調(diào)制,生成的兩個頻率分量作為SOA中FWM效應的兩個泵浦光,經(jīng)過FWM效應后,產(chǎn)生兩個新的攜帶了相同數(shù)據(jù)信息的頻率分量�；謴洼d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域脈沖疊加的光學三角形脈沖發(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DP-MZM上下兩臂輸出端的兩個類矩形脈沖包絡存在π/2的相位差時,兩信號疊加可產(chǎn)生三角脈沖信號。與以前的方案不同,該方案可以獨立調(diào)節(jié)信號包絡的強度分布和時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DP-MZM和可調(diào)時延線(TDL),易于集成化。4、提出并研究了一種基于光偏振復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)將兩個正交偏振態(tài)光耦合后,通過相位調(diào)制器(PM)在兩個偏振態(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償調(diào)制深度的方法,實現(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、提出并設計了一種基于亞波長波導的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材料(文中選取Zeonex),并通過設計周期性的幾何結(jié)構(gòu),實現(xiàn)一種THz均勻光柵。由于聚合物波導的尺寸是亞波長的,所以太赫茲輻射主要集中在波導表面?zhèn)鬏�。傳輸方向具有周期性的幾何結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對THz波的衍射,從而在THz頻譜上實現(xiàn)一個傳輸率很低的阻帶窗口。當引入一個π相移點后,可以實現(xiàn)THz相移光柵,作為THz窄帶通濾波器可應用于分辨率為2GHz和靈敏度為0.14THz/RIU的折射率傳感中。6、提出并設計了一種基于亞波長波導的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材料,由于亞波長波導橫截面的幾何各向異性(矩形)使得波導中存在兩個具有正交偏振態(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尺寸來設計基于亞波長波導的THz光柵。該光柵濾波器的優(yōu)勢在于可以同時實現(xiàn)兩個偏振態(tài)的濾波特性。本文所設計的基于亞波長波導的THz光柵鮮有報道,對目前THz器件的研究提供了補充。
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邐北京交通大學博士學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，它具有一些獨特的特點，因此可催生特有的技術(shù)。近十幾年來，隨著光逡逑子學和高頻電子技術(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杏胩講狻⒁窖Ф喜慍上�、壹s鞍踩嗖獾攘煊蚨煎義嫌兇歐淺Ｖ匾那痹謨τ眉壑擔郟玻擔玻叮蕁ｅ義

本文編號：2605351