本文關(guān)鍵詞：基于光注入DFB半導(dǎo)體激光器的光電振蕩器和上變頻系統(tǒng)

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【摘要】：微波光子學(xué)是一門交叉學(xué)科,它將射頻工程與光子學(xué)技術(shù)連接起來。它主要是研究光子學(xué)器件和技術(shù)以及用這些器件來產(chǎn)生,傳輸和處理微波和毫米波信號。因此,它具有很多在電域里很難或者不可能實現(xiàn)的優(yōu)勢,如低損耗,大帶寬,質(zhì)量輕和抗電磁干擾等。它在雷達系統(tǒng),無線通信,有線電視,光信號處理和高速光開關(guān)網(wǎng)路有著廣泛的應(yīng)用。作為一種可以有效改善分布反饋式(DFB)半導(dǎo)體激光器工作特性的手段,光注入技術(shù)引入的動力學(xué)特性可以廣泛的應(yīng)用在微波光子學(xué)領(lǐng)域。通過光注入,從激光器的調(diào)制響應(yīng)和輸出特性可以被顯著的提高,如增大的調(diào)制帶寬,增強的諧振頻率,減弱的啁啾和噪聲。此外,在光注入條件下,注入的光信號會被從激光器選擇性的放大。在本論文中,會通過理論和實驗對光注入下DFB激光器的動力學(xué)特性進行研究。通過將這些效應(yīng)應(yīng)用到微波光子學(xué)中,本文完成了一些光電振蕩器(OEO)和光載無線(RoF)系統(tǒng)的研究工作。文章的主要工作介紹如下：1、第一章首先對微波光子學(xué)的研究背景和應(yīng)用進行了簡要的介紹。其次,對光注入技術(shù)的研究歷史和應(yīng)用進行了回顧。2、本章提出一種新型的頻率可以寬帶調(diào)諧的光電振蕩器。在這個OEO結(jié)構(gòu)中,不需要高速外調(diào)制器和電帶通濾波器即能實現(xiàn)環(huán)腔起振。我們通過實驗對其進行了驗證。通過光注入,DFB激光器的弛豫振蕩頻率得到了增強,而該頻率處的高調(diào)制效率可以使環(huán)腔起振的閾值增益降到20 dB以下。利用一個商用的直調(diào)帶寬為10 GHz的DFB激光器,實驗實現(xiàn)了頻率從5.98 GHz到15.22GHz可調(diào)諧微波信號輸出。通過改變主從激光器之間的注入比和失諧頻率可以輕松地實現(xiàn)調(diào)諧。實驗產(chǎn)生的頻率為9.75 GHz微波信號的10 kHz頻率偏移處的相位噪聲是-104.8 dBc/Hz。如果使用一個具有更大響應(yīng)帶寬的光電探測器和一個增益曲線更平坦的電放大器,該OEO的最大可調(diào)諧輸出頻率還能進一步提高。3、本章提出一種基于光注入DFB激光器的OEO實現(xiàn)的光子學(xué)信號上變頻方案。由于DFB激光器在光注入條件下的波長選擇放大特性,OEO環(huán)腔可以實現(xiàn)穩(wěn)定的起振,并且從激光器會被+1階邊帶鎖定。此時,對DFB激光器直接調(diào)制一個基帶信號,只有+1階邊帶會被強調(diào)制,而其它邊帶基本不受影響,由此實現(xiàn)了近似單邊帶調(diào)制。此外,通過調(diào)整注入比和失諧頻率,可以實現(xiàn)0 dB的載波邊帶比,這個狀態(tài)下的RoF系統(tǒng)具有最佳的傳輸性能。OEO環(huán)腔中加入電濾波器的目的是為了防止中頻信號調(diào)制會對振蕩產(chǎn)生影響。該OEO在輸出一個高質(zhì)量本振信號的同時,也實現(xiàn)了上變頻器的作用。通過對光環(huán)行器輸出光信號的光電轉(zhuǎn)換,我們就可以得到上變頻后的信號。在本實驗中,數(shù)據(jù)速率為622 Mb/s,1.25 Gb/s和2.5 Gb/s的基帶信號被成功的上變頻到10.66 GHz,并實現(xiàn)了25.2 km無色散補償?shù)膫鬏敗?、本章對光注入過程中的交叉增益調(diào)制(XGM)和四波混頻(FWM)效應(yīng)進行了研究。當(dāng)攜帶有本振信號的光注入到DFB激光器中時,由于存在XGM效應(yīng),從激光器發(fā)出的光會被調(diào)制上相位相反的本振信號。此時,在DFB激光器上直接調(diào)制一個中頻信號就可以實現(xiàn)上變頻過程。在FWM過程中存在光相位共軛的特性,這一特性可以用在模擬光鏈路中來補償色散。在本節(jié)工作中,DFB激光器同時作為非線性介質(zhì)誘導(dǎo)FWM效應(yīng)和一個泵浦激光器。與傳統(tǒng)的基于半導(dǎo)體光放大器和色散位移光纖的光相位共軛方案相比,本實驗不需要額外的泵浦源。實驗結(jié)果表明,在50.4 km長的光纖中由色散導(dǎo)致的功率消逝被成功的補償,補償帶寬達到33 GHz。與此同時,系統(tǒng)的無雜散動態(tài)范圍被提高了12.6 dB.Hz2/3。5、本章是對全文工作的總結(jié)和展望。
【關(guān)鍵詞】：微波光子學(xué) 光注入 DFB半導(dǎo)體激光器 光電振蕩器 上變頻 光載無線 非線性效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN753.2;TN248.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 微波光子學(xué)12-15
• 1.1.1 微波光子學(xué)簡介12
• 1.1.2 微波光子學(xué)的常用器件12-14
• 1.1.3 微波光子技術(shù)的應(yīng)用14-15
• 1.2 光注入半導(dǎo)體激光器15-18
• 1.2.1 光注入技術(shù)簡介15
• 1.2.2 光注入對從激光器特性的影響15-17
• 1.2.3 光注入技術(shù)的應(yīng)用17-18
• 1.3 論文的主要工作及安排18-20
• 參考文獻20-25
• 第二章 光注入DFB半導(dǎo)體激光器在光電振蕩器中的應(yīng)用25-43
• 2.1 光電振蕩器簡介25-27
• 2.2 基于光注入的寬帶可調(diào)諧OEO27-38
• 2.2.1 實驗原理及方案27-32
• 2.2.2 實驗結(jié)果與分析32-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 參考文獻40-43
• 第三章 基于光注入DFB激光器的數(shù)字信號上變頻43-56
• 3.1 光載無線技術(shù)簡介43-46
• 3.2 基于注鎖OEO的全光信號上變頻46-51
• 3.2.1 實驗原理及方案46-47
• 3.2.2 實驗結(jié)果與分析47-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 參考文獻53-56
• 第四章 光注入DFB激光器中的XGM和FWM效應(yīng)56-69
• 4.1 基于光注入DFB激光器中XGM效應(yīng)的上變頻56-61
• 4.1.1 實驗原理及方案56-57
• 4.1.2 實驗結(jié)果與分析57-61
• 4.2 基于光注入DFB激光器中FWM效應(yīng)的色散補償61-64
• 4.2.1 實驗原理及方案61-62
• 4.2.2 實驗結(jié)果與分析62-64
• 4.3 本章小結(jié)64-66
• 參考文獻66-69
• 第五章 總結(jié)與展望69-71
• 碩士期間發(fā)表文章71-73
• 致謝73-74

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