【摘要】：光纖因?yàn)槠涞蛽p耗、大帶寬、低重量和抗電磁干擾而被作為傳輸射頻信號的一種重要媒介。模擬光鏈路因?yàn)槟芡瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)高增益、低噪聲和大無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR:Spurious Free Dynamic Range)而在微波光子的許多應(yīng)用中扮演重要的角色,提高光電探測器的接收光功率是改善模擬光鏈路系統(tǒng)性能最有效的方法。目前高發(fā)射光功率的激光器和大接收光功率的光電探測器已經(jīng)制造完備,相比之下,光纖的功率處理能力要低一個(gè)數(shù)量級,這主要是由于光纖中的兩個(gè)非線性效應(yīng)導(dǎo)致的,分別是受激布里淵散射(SBS:Stimulated Brillouin Scattering)和克爾非線性效應(yīng)。SBS導(dǎo)致較強(qiáng)的背向散射,限制了接收端探測到的光功率,同時(shí)降低了鏈路的增益和信噪比;克爾非線性導(dǎo)致交調(diào)失真,限制了鏈路SFDR的提升,所以目前提升模擬光鏈路性能的主要障礙就是光纖本身。我們對提升模擬光鏈路的增益和SFDR等關(guān)鍵性能的光纖因素從理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證展開研究,在深入研究SBS閾值特性及其影響因素的基礎(chǔ)上,提出三種提升模擬光鏈路性能的方法,搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺分別測試其SBS閾值、傳輸光功率、鏈路增益和SFDR等性能指標(biāo)并進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合理論預(yù)期,也證明了我們方法的可行性,最后數(shù)值計(jì)算了基于SBS慢光效應(yīng)補(bǔ)償模間色散。本論文的具體工作包括以下三部分:一、在介紹模擬光鏈路光源、調(diào)制器和光電探測器的基礎(chǔ)上,指出高光功率發(fā)射或處理能力是這些器件的內(nèi)在要求,同時(shí)提高鏈路接收端的探測光功率是提升鏈路增益和SFDR等指標(biāo)最有效的方法。對階躍折射率光纖中的模式進(jìn)行了求解,推導(dǎo)了模間色散計(jì)算公式,綜合考慮模式耦合和模間色散而在模分復(fù)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中選擇LP01和LP11進(jìn)行復(fù)用傳輸。搭建4f系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了LP0I到LP11的模式激勵(lì),為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做了準(zhǔn)備。二、在對SBS原理、閾值特性、尤其是SBS閾值影響因素做了詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上,提出在模擬光鏈路中用少模光纖代替單模光纖和在少模光纖中傳輸高階模LP11兩種方法來提升鏈路增益和SFDR,并搭建SBS閾值測試平臺和鏈路性能測試平臺進(jìn)行了測試,結(jié)果顯示,單模鏈路和兩種少模鏈路的SBS閾值分別為8dBm、12dBm和17dBm,少模鏈路的SBS閾值和傳輸光功率得到提高且抑制了三階交調(diào)失真,從而提升了鏈路增益和SFDR,兩種少模鏈路的SFDR分別比單模鏈路高1.4dB和3.4dB,證明了我們提出方法的可行性。三、在研究模式聯(lián)運(yùn)對SBS閾值影響的基礎(chǔ)上,提出基于2×2模分復(fù)用系統(tǒng)的模擬光鏈路來進(jìn)一步改善鏈路性能,并搭建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了測試,結(jié)果顯示,與少模LP11鏈路相比,模分復(fù)用模擬光鏈路的SBS閾值高2dB且傳輸光功率高ldB,從而鏈路增益更大且三階交調(diào)失真得到進(jìn)一步抑制,鏈路的SFDR增大到90dB,實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合理論預(yù)期。最后我們提出并數(shù)值計(jì)算了利用SBS慢光效應(yīng)補(bǔ)償模間色散,并對結(jié)果做了解釋。
【圖文】：

逑第二章模擬光鏈路器件、性能指標(biāo)和少模光纖模式特性逡逑模擬光鏈路主要由三部分組成，如圖２－１所示，包括射頻信號發(fā)送端、傳輸逡逑倍號的光纖以及射頻倌號接收端。逡逑射頻輸入逡逑「 邐，邋！邋－４邋．７；＇．邋Ｉ邐Ｊ邋＼ＸＸＸ逡逑光源邐〈調(diào)制器〉—！邐￣！—邋－－邋邐ｊ—－邋Ｖ逡逑一１邋—邐Ｌ二二ｒｚｌｌ邋｜邋—＊邋｜邋；邋＿＿邋：邋｜邐１邋射頻輸出逡逑ＵＦ－ｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ邐丨光纖鏈路邋Ｉ邋Ｏｐｔｉｃａｌ－ｔｏ－ＲＦ邋丨邋｜逡逑模擬＿光鏈路逡逑發(fā)射模塊邐傳輸介質(zhì)邋Ｉ接收模塊逡逑圖２－１模擬光鏈路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑發(fā)送端通過調(diào)制將ＲＦ信號加載到光載波上，主要器件為光源和調(diào)制器。光逡逑纖作為模擬光鏈路中傳輸信號的介質(zhì)，其損耗和色散等特性會(huì)直接影響光信號的逡逑傳輸質(zhì)量，短距離傳輸時(shí)一般只考慮損耗，而本文中使用少模光纖傳輸兩種復(fù)用逡逑模式信號光，就需要考慮模間色散的影響。接收端將已調(diào)光信號解調(diào)還原為ＲＦ逡逑信號，主要器件包括光電探測器（ＰＤ：邋Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）和一些輔助電路，ＰＤ性逡逑能決定探測到射頻信號的質(zhì)量。模擬光鏈路的主要性能指標(biāo)包括系統(tǒng)增益、鏈路逡逑噪聲系數(shù)、非線性失真以及動(dòng)態(tài)范圍，模擬光鏈路的性能和所使用的器件性能逡逑直接相關(guān)

逑第二章模擬光鏈路器件、性能指標(biāo)和少模光纖模式特性逡逑模擬光鏈路主要由三部分組成，如圖２－１所示，包括射頻信號發(fā)送端、傳輸逡逑倍號的光纖以及射頻倌號接收端。逡逑射頻輸入逡逑「 邐，邋！邋－４邋．７；＇．邋Ｉ邐Ｊ邋＼ＸＸＸ逡逑光源邐〈調(diào)制器〉—！邐￣！—邋－－邋邐ｊ—－邋Ｖ逡逑一１邋—邐Ｌ二二ｒｚｌｌ邋｜邋—＊邋｜邋；邋＿＿邋：邋｜邐１邋射頻輸出逡逑ＵＦ－ｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ邐丨光纖鏈路邋Ｉ邋Ｏｐｔｉｃａｌ－ｔｏ－ＲＦ邋丨邋｜逡逑模擬＿光鏈路逡逑發(fā)射模塊邐傳輸介質(zhì)邋Ｉ接收模塊逡逑圖２－１模擬光鏈路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑發(fā)送端通過調(diào)制將ＲＦ信號加載到光載波上，主要器件為光源和調(diào)制器。光逡逑纖作為模擬光鏈路中傳輸信號的介質(zhì)，其損耗和色散等特性會(huì)直接影響光信號的逡逑傳輸質(zhì)量，短距離傳輸時(shí)一般只考慮損耗，而本文中使用少模光纖傳輸兩種復(fù)用逡逑模式信號光，就需要考慮模間色散的影響。接收端將已調(diào)光信號解調(diào)還原為ＲＦ逡逑信號，主要器件包括光電探測器（ＰＤ：邋Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）和一些輔助電路，，ＰＤ性逡逑能決定探測到射頻信號的質(zhì)量。模擬光鏈路的主要性能指標(biāo)包括系統(tǒng)增益、鏈路逡逑噪聲系數(shù)、非線性失真以及動(dòng)態(tài)范圍，模擬光鏈路的性能和所使用的器件性能逡逑直接相關(guān)
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.11

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