本文關(guān)鍵詞：光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)研究

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【摘要】：光學(xué)鎖相環(huán)(OPLL)技術(shù)是一種利用電反饋控制的方法對光學(xué)信號頻率及相位進(jìn)行鎖定的技術(shù),其目的是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)不同的光載波之間相位的同步。光學(xué)鎖相環(huán)由于其體積小、功耗低、能夠主動抑制激光器的相位噪聲等特點(diǎn),在相干光通信、相干光測量、微波光子學(xué)和相干功率合成等領(lǐng)域作為關(guān)鍵器件受到了研究人員的高度關(guān)注。本文介紹了光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)的應(yīng)用背景、分類和原理等,并且結(jié)合兩個(gè)不同應(yīng)用背景對光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。在光頻域反射儀(OFDR)中,著重研究了利用外差式光學(xué)鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的寬范圍掃頻窄線寬激光器。在空間激光通信應(yīng)用中,著重研究了科斯塔斯光學(xué)鎖相環(huán)在高靈敏度零差接收機(jī)中的應(yīng)用。本文內(nèi)容包括對OPLL系統(tǒng)進(jìn)行理論建模、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等。文章首先從各個(gè)子系統(tǒng)對光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行了理論分析,重點(diǎn)包括:光鑒相器(OPD),環(huán)路濾波器和光壓控振蕩器(OVCO)幾個(gè)模塊。在光鑒相器部分,從零差和外差對光鑒相器進(jìn)行了分類,比較了不同光鑒相器的特點(diǎn)和應(yīng)用場合。在環(huán)路濾波器部分,利用經(jīng)典鎖相環(huán)理論對光學(xué)鎖相環(huán)環(huán)路進(jìn)行建模,從環(huán)路帶寬、穩(wěn)態(tài)誤差、噪聲性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面對環(huán)路參數(shù)進(jìn)行理論分析和仿真。在光壓控振蕩器部分,對激光器的不同頻率調(diào)制方式、調(diào)頻響應(yīng)和激光器相位噪聲進(jìn)行比較和分析。最后,本文還對光學(xué)鎖相環(huán)中的其他重要問題如延遲受限環(huán)路,復(fù)合環(huán)路技術(shù)以及光相位噪聲測量方法進(jìn)行了研究。在理論分析的基礎(chǔ)上,本文針對光頻域反射儀的應(yīng)用,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套基于外差光學(xué)鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)的寬范圍掃頻窄線寬激光器。主要工作包括:關(guān)鍵器件的選型、鎖相電路設(shè)計(jì)和環(huán)路參數(shù)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使用該發(fā)射模塊的光頻域反射儀系統(tǒng),能在500 m的測量范圍內(nèi)獲得毫米量級的距離分辨率。本文的另一部分實(shí)驗(yàn)工作著重于實(shí)現(xiàn)基于科斯塔斯光學(xué)鎖相環(huán)的零差接收機(jī)。該非線性鎖相環(huán)路主要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)高靈敏度星間激光通信接收機(jī)。本文完成了5 Gbps二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)接收機(jī)設(shè)計(jì)與優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了本振激光器與信號激光的相位跟蹤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,殘余相位均方根誤差為3.5°,10-9誤碼率下的靈敏度為-41.4 dBm。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)鎖相環(huán) 光頻域反射儀 星間激光通信
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.8
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 前言12
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展及現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文課題背景及研究內(nèi)容13-17
• 1.3.1 光頻域反射儀概述13-14
• 1.3.2 光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)在光頻域反射儀中的重要性14-16
• 1.3.3 星間激光通信概述16
• 1.3.4 光學(xué)鎖相環(huán)在星間激光通信中的重要性16-17
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)安排17-20
• 第二章 光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)理論分析20-46
• 2.1 光學(xué)鎖相環(huán)的基本原理20-24
• 2.1.1 光學(xué)鎖相環(huán)基本結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.2 小信號分析21-22
• 2.1.3 光學(xué)鎖相環(huán)主要性能指標(biāo)22-24
• 2.2 光學(xué)鎖相環(huán)的關(guān)鍵器件分析24-39
• 2.2.1 光鑒相器24-29
• 2.2.2 環(huán)路濾波器29-34
• 2.2.3 光壓控振蕩器34-39
• 2.3 OPLL主要指標(biāo)測量方法39-44
• 2.3.1 殘余相位噪聲測量39-41
• 2.3.2 延時(shí)自外差測量法41-44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第三章 線性掃頻激光器中的光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù)46-64
• 3.1 光頻域反射儀概述46-52
• 3.1.1 光頻域反射儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理46-47
• 3.1.2 光頻域反射儀主要性能指標(biāo)47-49
• 3.1.3 寬范圍線性掃頻激光器49-52
• 3.2 基于外差式OPLL的動態(tài)線寬壓縮技術(shù)52-62
• 3.2.1 基于OPLL的線寬壓縮原理52-55
• 3.2.2 外差式OPLL設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)55-60
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-62
• 3.3 本章小結(jié)62-64
• 第四章 星間激光通信中光學(xué)鎖相環(huán)的應(yīng)用64-82
• 4.1 星間激光通信概述64-67
• 4.1.1 微波傳輸與激光傳輸64-65
• 4.1.2 非相干檢測與相干檢測65-67
• 4.2 基于OPLL的相干接收機(jī)67-71
• 4.2.1 OPLL相干接收機(jī)分類67-70
• 4.2.2 接收機(jī)性能比較70-71
• 4.3 基于科斯塔斯環(huán)的高靈敏度BPSK零差接收機(jī)71-80
• 4.3.1 基于延遲XOR門的科斯塔斯環(huán)鑒相器設(shè)計(jì)72-75
• 4.3.2 雙環(huán)路光壓控振蕩器設(shè)計(jì)75-78
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析78-80
• 4.4 本章小結(jié)80-82
• 第五章 總結(jié)與展望82-84
• 5.1 全文總結(jié)82
• 5.2 研究展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 符號與標(biāo)記（附錄 1）88-90
• 致謝90-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文92-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目94

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 許楠;劉立人;劉德安;周煜;;星間相干光通信中的光學(xué)鎖相環(huán)[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2008年04期

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本文編號：645570