基于反射式半导体光放大器的OFDM-PON上行通道吞吐潜力

对正交频分复用无源光网(OFDM-PON)的上行通道物理层的吞吐量进行研究。OFDM-PON在光网络单元(ONU)端采用反射式半导体光放大器(RSOA)作为无色光源,实现双边带光强度调制,并在光线路终端(OLT)采用加半导体光放大器(SOA)前置放大的PIN光二极管做直接检测。基于一个RSOA的窄带相干积分模型,采用对有源区中载流子速率方程和光波传播方程的微扰解对RSOA的动态电光调制特性和频率啁啾特性进行理论与实验探讨,证明RSOA具有低通调制特性,其3dB截止频率关联于偏置电流和输入光功率。利用RSOA的频率啁啾和SOA的高通增益特性,并将RSOA与中心波长蓝移的光滤波器级联,实现光学均衡,把上行通道的3dB截止频率从1.5GHz扩展到2.2GHz。进一步采用自适应比特加载的调制格式,使通过一个RSOA的上行数据吞吐量可以达到4Gb/s以上,则一个包含10个ONU的OFDM-PON的上行吞吐量可达到40Gb/s。     

饱和量子点半导体光放大器高通滤波特性

量子点半导体光放大器(QDSOA)具有更小的载流子恢复时间和更高的放大带宽,是光信息处理的理想器件。利用QDSOA三能级电子跃迁速率方程和光场传输方程,建立了有源区分段模型,对饱和QDSOA的频率响应特性进行研究,得到输入光功率、注入电流、有源区长度、最大模式增益和载流子跃迁时间等参数与3dB截止频率和抑制比之间的关系。结果表明,饱和QDSOA具有高通滤波特性,有较宽的高频信号放大带宽和较高的3dB截止频率,通过优化参数,可以获得比传统体材料和量子阱材料半导体光放大器更加优异的特性,为QDSOA的设计与应用提供了理论指导。     

光探测器偏压调制技术的理论研究

为了简化和改善光载无线通信系统,提出了一种光探测器偏压调制技术,利用PIN光探测器(PIN-PD)和单行载流子光探测器(UTC-PD)的输出光电流随偏压变化的特性进行调制.采用光探测器偏置调制技术,光电探测和调制可以在一个光探测器上同时实现.研究表明当入射光功率为2.93dBm时,PIN-PD在10GHz射频副载波上的调制带宽为800 MHz,UTC-PD在150GHz射频副载波上的调制带宽为18.75GHz.调制带宽随入射光功率的增大而增大,当入射光功率为12.93dBm时,UTC-PD在150GHz射频副载波上的调制带宽可达25GHz.调制深度与正弦偏压调制信号的最小值有关.     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3 dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3 dB调制带宽可以达到100 GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器（英文）

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3dB调制带宽可以达到100GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

高频半导体激光器组件及其特性的研究

本文使用DC-PBH型激光二极管芯片,设计制作了实用化封装形式的激光器组件;在理论上和实验上研究了组件的封装模型和小信号频率调制特性,其光响应3dB带宽大于1.8GHz.该器件可满足六次群的光通信系统的带宽要求,也可用于GHz级的微波副载波光通信系统。     

基于量子点半导体光放大器全光波长变换特性

从光电集成电路的角度出发,根据量子点半导体光放大器(QD-SOA)中载流子跃迁速率方程和光场传输方程,建立了QD-SOA等效电路模型,并通过电路仿真的方法对QD-SOA的增益谱、饱和增益特性等进行了仿真和分析;利用QD-SOA的交叉增益调制研究了速率分别为40Gbps、100Gbps和160Gbps时的波长转换特性,并分析了不同的偏置电流、功率的信号光和探测光对输出信号消光比和Q值的影响,其转换速率可达到100Gbps,消光比ER约为10dB,Q值约为2.2.该研究对提高基于QD-SOA的交叉增益调制波长转换的性能具有指导意义.     

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section, RCS)的微带天线, 通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface, FSS)覆层, 使其具有宽带的3 dB增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性. 该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构, 下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构. 上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波, 减缩天线RCS; 下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔, 提高天线增益. 在5.75–11.37 GHz频带内, S₂₂<-10 dB, S₁₂<-10 dB; 在11.21–11.54 GHz频带内, S₁₁反射系数相位曲线斜率为正, 幅度模值均在0.86以上. 实验结果表明: 与原始天线相比, 在谐振频点11.73 GHz处, 天线增益提高3.4 dB, E, H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°; 天线的3 dB增益带宽为10.00–12.40 GHz, 完全覆盖阻抗带宽. 在4.10–11.30 GHz 频带内, 天线法向RCS均有3 dB以上的减缩, 最大减缩23.08 dB; 4.95 GHz处的单站RCS在-20°–20°的角域、双站RCS 在-37°–37°的角域均有3 dB以上的减缩. 实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射 性能. 关键词： 频率选择表面 低雷达散射截面 高增益 宽带     

自混沌光相位调制光反馈半导体激光器输出光的混沌特性

混沌光的延时特征(time delay signature, TDS)和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性.将具有外腔光反馈的半导体激光器(semiconductor laser, SL)作为主激光器,以具有自混沌光相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光双路注入到从激光器中,构成具有外光双路注入的自混沌光相位调制光反馈的半导体激光器系统.数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出光TDS的影响,然后将此系统对TDS的抑制效果和具有外光双路注入的光反馈半导体激光器以及具有外光单路注入的自混沌光相位调制光反馈半导体激光器进行对比和分析,从而阐明了本文所提出的方案对TDS的抑制效果较好.在TDS被有效抑制的参数条件下,研究了混沌光的带宽,结果表明:本文提出的方案可以有效提高系统输出混沌光的带宽,获得混沌光的3 dB带宽的最大值约为16 GHz.     

基于EMSIW的互补裂缝环多频带谐振天线设计

文中设计了一个谐振频率在17.1GHz、27.6GHz和30GHz的多频带天线.该天线加载在八分之一基片集成波导(EMSIW)上,在EMSIW进行金属银过孔并在表面金属薄片上蚀刻一个互补裂缝环.天线尺寸占传统基片集成波导(SIW)的12.5%.利用HFSS软件进行仿真,获得了它的回波损耗、驻波比及三维增益图等参数.在谐振频率为17.1GHz时,回波损耗小于-10dB的相对带宽达到了1.9%,增益最高达到了4.4dB;在谐振频率为27.6GHz处和30GHz处,回波损耗小于-10dB的两个有效频带出现了无缝衔接,使得总相对带宽达到了15.2%,最大增益可达7.68dB.     

光子集成射频自干扰消除系统性能仿真分析

针对全双工通信系统设计了光子集成射频自干扰消除功能芯片.该芯片采用相位调制将射频信号转换至光域,在光域内进行光载射频信号的幅相调控以实现干扰对消功能.对功能芯片中主要功能单元进行优化设计后,延时调谐范围为0～10ps,30GHz带宽内的延时抖动小于0.1ps;滤波响应阻带抑制度为36.5dB,通带带宽为60.6GHz,边沿陡峭度为9.2dB/GHz.建立了光子集成芯片射频自干扰消除系统的理论模型,对功能芯片中可调光延时线、可调光衰减器及滤波器等引入的延时、幅度不匹配对系统消除性能的影响进行了仿真分析.结果表明,幅度失配量为0.02dB时,2GHz带宽信号下系统抑制度为-42.7dB;延时抖动为0.07ps时,2GHz带宽信号下系统的抑制度为-37dB.研究结果可为光子集成射频干扰抑制功能芯片的研制提供参考.     

直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号

利用直接电流调制光反馈半导体激光器产生了符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于光反馈半导体激光器速率方程组, 数值分析了偏置电流、反馈强度对混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明, 混沌UWB脉冲频谱的-10 dB带宽分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增加; 中心频率分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增大.实验中, 产生了中心频率为6.6 GHz, -10 dB带宽为9.6 GHz的混沌UWB信号. 进一步, 通过调节偏置电流和反馈强度, 可实现混沌UWB信号的中心频率和-10 dB带宽的可调谐输出, 实验结果和数值分析相符合.此外, 实验产生的混沌UWB信号经过34.08 km的光纤传输后, 其频谱形状几乎没有发生变化, 表明该方法所产生的混沌UWB信号对光纤色散有较大的容忍度. 关键词： 超宽带 混沌激光 光反馈 直接调制     

双路混沌光注入的相位调制光反馈半导体激光器的混沌特性

混沌光的延时特征（TDS）和带宽（BW）是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性。将具有外腔光反馈的半导体激光器（SL）作为主激光器,将具有相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光单向双路注入到从激光器中,构成具有外光单向双路注入的相位调制光反馈的SL系统。数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出混沌光TDS的影响,进而在TDS被有效抑制的参数条件下,对系统输出混沌光的带宽进行了研究。结果表明,用该方案和通过对参数值区间的适当选取可以有效地抑制混沌激光的TDS,并且混沌激光的3 dB带宽最大约为20 GHz。     

液芯光纤中基于多线抽运调制的带宽可控平顶布里渊增益谱

提出在CS₂/CCl₄混合介质液芯光纤中利用多线抽运调制 技术实现带宽可控平顶布里渊增益谱的方法, 理论研究了抽运光谱线间距、谱线强度和芯液介质混合比对布里渊增益谱的影响, 得到了带宽可控平顶增益谱的条件. 结果表明, 采用一个强度或相位调制器, 基于单频和多频调制技术产生2–9条抽运光谱线, 通过控制谱线间距和各谱线强度比, 并改变CS₂体积分数, 获得了增益带宽在50 MHz–2 GHz 范围内可控的平顶增益谱. 该方法操作简便、带宽调控范围大, 可用于高增益低畸变布里渊放大, 满足微弱光信号探测和慢光系统的应用需求. 关键词： 受激布里渊散射 布里渊增益谱 多线抽运调制 液芯光纤     

基于垂直谐振腔结构的半导体光放大器理论分析

由新型垂直腔半导体光放大器（VCSOAs）器件结构出发,在反射模式和透射模式两种 情况下,计算了VCSOAs的分布布拉格反射堆（DBR）反射率、单程增益与增益、带宽的关系 ,其中DBR反射率的增大伴随着增益的上升,但也伴随着带宽的减小.通过引入增益-带宽 积的概念,以均衡增益与带宽.计算中表明:10 dB以上增益,50 GHz以上带宽可以实现. 计算结果与文献实验相吻合,对优化VCSOAs的结构设计和性能有所裨益.     

单载流子传输光敏晶体管小信号等效电路模型的建立与分析

建立了单载流子传输双异质结光敏晶体管的小信号等效电路模型.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管光生电流的产生机制,并将其作为基极电流的一部分,引入到小信号等效电路中.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管中单载流子传输的输运方式对光跨导、发射结电阻、发射结结电容和集电结结电容的影响.基于所建模型,研究了InP基单载流子传输双异质结光敏晶体管的光特征频率和光电流增益受光窗口面积和入射光功率的影响.结果表明,在同样入射光功率下,存在一个最佳的光窗口面积使得光特征频率获得最大值,最佳光窗口面积随入射光功率的增加在一定面积范围内发生偏移.在固定光窗口面积(8×8μm2)条件下,随着输入光功率的增加,光特征频率先增大后减小,在280μW时达到最高值150GHz,光短路电流增益也随着光功率的增加而逐渐增加,在入射光功率750μW时达到饱和,饱和增益为82dB.     

80 Gb/s高速PAM4调制850 nm垂直腔面发射激光器

展示了高速直接调制850 nm氧化物限制垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结果。优化设计应变InGaAs/AlGaAs量子阱以实现高微分增益,通过表面刻蚀来调节光子寿命实现响应平坦化。研制的氧化物孔径约7μm的VCSEL具有平坦的频率响应,3 dB调制带宽为24 GHz,相对噪声强度值-155 dB/Hz,未采用任何预加重和均衡技术情况下PAM4调制数据传输速率达80 Gb/s。     

高增益宽带圆极化Vivaldi天线阵的设计

提出了一种由新型Vivaldi天线单元构成的22十字交叉圆极化天线阵。Vivaldi天线单元采用边缘渐变对拓的锯齿结构,提高了天线在4.7～7.0 GHz频带内的增益,其反射系数低于-10 dB的带宽为2.4～11.0 GHz,具有超宽带线极化特性。圆极化天线阵测量结果显示,在4.5～7.0 GHz频带范围内,其轴比均低于3 dB,且整个频带范围内增益达11～13 dBi。     

矩形谱宽带光抽运的布里渊慢光理论研究

对矩形谱宽带光抽运下的布里渊慢光延迟特性进行了理论分析。在小信号增益情况下,得到了高斯脉冲延时量、脉冲展宽因子和增益的解析表达式。计算结果表明,当信号光的10 dB带宽小于抽运光带宽的0.357时,解析解和数值解吻合,且信号光脉冲能实现零展宽延迟。单个矩形谱宽带光抽运能达到的最大有效布里渊增益带宽为20 GHz,可以实现半峰全宽约100 ps的高斯光脉冲的零展宽延迟。与高斯谱宽带抽运光相比,矩形谱宽带抽运光可减小脉冲失真。     

一种220 GHz分布作用速调管的高频系统模拟

对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS) 结构的3腔EIK进行了详细计算机模拟计算, 通过对基于SDRWS结构的EIK用输入输出腔的S11的模拟计算及对分布作用速调管用中间腔的本征频率的模拟计算, 初步确定了EIK用输入输出腔及中间腔的结构参数, 进而对EIK进行了PIC互作用模拟计算, 结果表明: 该EIK的3dB工作频带为219.5~220.5GHz, 3dB带宽为1GHz, 最大功率为456 W, 最大增益为40.06dB。在此基础上, 通过调整中间腔的波导头宽度以进行参差调谐, 用PIC互作用模型模拟计算研究了中间腔谐振频率对EIK整体性能的影响。结果表明, EIK的3dB工作频带主要由输入输出腔的通频带决定, 而中间腔的谐振频率也具有重要影响。当中间腔的谐振频率分别处于输入输出腔的通频带的低频端或高频端时, 可以使EIK的3dB工作频带向低频端或高频端得到一定程度展宽; 当中间腔的谐振频率高于输入输出腔的通频带的高频端时, EIK的增益在其3dB工作频带内较为平坦, EIK的输出信号在其3dB工作频带内比较稳定, 频谱的纯净程度较好。参差调谐的最终结果表明, 当中间腔的波导头宽度为0.747mm时, EIK获得了接近最优的性能, 3dB工作频带为219.5~220.0GHz, 3dB带宽扩展到1.2GHz, 最大功率为630W, 相应的最大电子效率为11.3%, 最大增益为47dB。