高速高饱和单行载流子光探测器的设计与分析

设计了一种In P基的背入射台面结构的单行载流子光探测器.通过在吸收层中采取高斯型掺杂界面及引入合适厚度和掺杂浓度的崖层,使得光探测器同时具备了高速和高饱和电流特性.理论分析表明,在光敏面为14μm2、反向偏压为2 V条件下,该器件的3 d B带宽可达58 GHz,直流饱和电流高达158 m A.在大功率光注入条件下,详细分析了光探测器带宽降低和电流饱和现象,得出能带偏移和电场坍塌是其根本原因的结论.     

光注入提高半导体激光器混沌载波发射机的带宽

外光反馈下的半导体激光器可视为混沌载波发射机.数值研究发现，外部强光注入可以显著提高混沌载波发射机的带宽，带宽提高的程度在一定范围内与注入光的强度成正比.当外部光注入系数k_inj=0.39时，混沌载波的带宽由无光注入时的2.7GHz增大到14.5GHz，提高了5倍多.研究还发现，在相同的注入强度条件下，当注入光的频率比半导体激光器的中心频率高2—4GHz时，可实现最大限度的带宽增强.此外，适当提高半导体激光器的偏置电流也可以在一定程度上提高其产生的混沌载波的带宽. 关键词： 半导体激光器 混沌 带宽     

基于减反膜外腔反馈半导体激光器拉曼光的产生

通过直接对减反膜外腔反馈半导体激光器进行电流调制的方法,得到了两束位相锁定且频率差在6.0-9.3GHz范围内连续可调的激光,其中6.835和9.192GHz分别对应Rb⁸⁷和Cs¹³³原子基态超精细能级之间的频率差,激光功率分别可以达到6.87mW和5.09mW. 根据减反膜外腔反馈半导体激光器的特点,通过调整外腔腔长、激光器工作温度、电流以及所加射频调制信号的功率和频率,在调制频率小于等于4.0GHz时可以将载波完全压制. 调制频率大于4.0GHz时,虽不能将载波完全压制,但由于外腔与调制频率共振时对调制的增强也得到了调制深度很高的激光,并对其中的物理机理作了分析. 通过后续滤波等方法处理以后,该拉曼光源可以广泛应用到原子的量子操控中. 关键词： 受激拉曼光 高频调制 调制增强     

高功率宽带射频调制连续激光源

射频强度调制激光作为激光雷达系统的载波可以有效提高系统的抗干扰和抗散射能力,高功率宽带射频强度调制光源是实现高分辨率远距离探测的关键.本文采用在Nd:YAG激光器的耦合腔中插入一对四分之一波片的方法实现了频差调谐范围为30 MHz—1.5 GHz的双频激光输出,结合光纤振荡功率放大技术,将双频信号光功率放大为50 W.耦合腔双频种子源具有良好的功率和频率稳定性,输出功率为9.5 mW时,功率标准差为0.145 mW,稳定性为1.52%,输出双频激光的频差为250 MHz时,拍频的标准差为1.6144 MHz.种子光进行三级光纤功率放大,得到50 W双频激光输出.放大后的双频激光功率波动范围小于0.1 W,双频拍频的标准差为1.777 MHz,很好地保持了放大之前的功率稳定性和双频频差稳定性.     

一种改进的双边带调制产生光毫米波的方案

提出了应用于光纤无线通信系统中一种改进的双边带调制产生光毫米波方案。在中心站采用强度调制将射频信号调制到光载波上产生一个双边带信号,滤掉中心载波后,利用光交叉复用器把双边带信号的上下边带模分开,将数据速率为2.5Gbit/s的基带信号调制到下边带模后,再与未调信号耦合后产生光毫米波,然后通过单模光纤传输至基站,在基站经过光电转换后产生电毫米波信号。从理论上对该毫米波的色散特性进行了分析,发现毫米波的接收功率不会周期的衰减。同时通过实验研究表明,下行链路信号通过光纤能传输50km而不需要色散补偿,功率代价小于1dBm。因此,该方法产生的光毫米波能有效克服光纤色散引起的信号时延而导致的基带信号退化,适合于远距离传输。     

基于谐波拟合产生周期性三角形光脉冲串的实验研究

实验研究了一种基于谐波拟合产生周期性三角形光脉冲串的方法,方案首先利用马赫曾德调制器的载波抑制调制,获得具有周期性起伏的连续光强度信号,然后利用光纤色散所致的射频功率衰落效应,对光强度表达式中四次谐波分量进行抑制,调节调制深度后,光强度表达式将向理想三角形傅里叶展开式的前三项进行逼近,最后以谐波拟合的方式获得重复频率为射频调制频率二倍的周期性三角形光脉冲串.结合实验,在9.862 GHz和7.678 GHz射频调制频率下,获得了脉冲重复频率19.724 Gb/s(脉冲全宽约50.7 ps)和15.356Gb/s(脉冲全宽约65.1 ps)的稳定三角形光脉冲串输出,改变色散量并反向调节调制频率,可进一步改变脉冲的重复频率,所获得的实验结果与理论预期基本符合.     

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。     

L型阵列探测器合成功率研究与设计

针对行波探测器阵列只能合成输出功率而不能同时提高工作带宽的现状,基于m推演型滤波电路原理,提出了一种新的L型阵列探测器,即通过在光电二极管之间串联电容减少结电容对截止频率的影响,再与两个电感串联形成单个阵列单元,然后将单个阵列单元级联构成全新的L型滤波器电路结构。结果表明,L型探测器阵列能够对射频输出信号进行功率合成,同时工作带宽提高至67 GHz,相较于传统光电探测器,工作带宽提高两倍。通过增加级联光电二极管的数量,可以持续增大输出功率,同时L型探测器阵列的推演方法可根据实际需求灵活设计出期望的光电探测器,为未来大带宽、高功率的光电探测器设计提供理论基础。     

采用正交光功率比值的光子型微波频率测量方案设计

通过构建两个正交的光功率比值,以光子技术实施微波频率测量.首先,待测微波信号经外调制器加载到连续光源上,在单边带载波抑制调制下仅得到单个光边带;以光学梳状滤波器对其进行滤波处理,在输出端检测得到随微波频率增大而呈现余弦函数和正弦函数变化趋势的两个光功率;将这两个光功率与参考光功率进行比较后,进而得到余弦函数型和正弦函数...     

集成大面积光电探测器接收芯片的优化设计

通过仿真优化探测器的结构参数和性能,设计了基于0.25 μm标准BCD (Biplor,CMOS and DMOS)工艺的大面积多叉指状PIN光电探测器.选择已优化的大面积光电探测器用于和跨阻放大器以及后端放大器单片集成,采用0.25 μm BCD工艺实现了一个用于650 nm塑料光纤通信的单片集成光接收芯片.结果表明:多叉指状PIN光电探测器对650 nm入射光的响应度提高至0.260 A/W,其结电容降低至4.39 pF.对于650 nm的入射光,在速率250 Mb/s、误码率小于10-9的条件下,光接收芯片的灵敏度为-23.3 dBm,并得到清晰的眼图.该光电探测器可用于宽带接入网中的高速塑料光纤通信系统的光接收芯片中.     

高性能SOI基GePIN波导光电探测器的制备及特性研究

本文报道了在SOI衬底上外延高质量单晶Ge薄膜并制备高性能不同尺寸Ge PIN波导光电探测器.通过采用原子力显微镜、X射线衍射、拉曼散射光谱表征外延Ge薄膜的表面形貌、晶体质量以及应变参数,结果显示外延Ge薄膜中存在约0.2%左右的张应变,且表面平整,粗糙度为1.12 nm.此外,通过暗电流、光响应度以及3 dB带宽的测试来研究波导探测器的性能,结果表明尺寸为4μm×20μm波导探测器在-1 V的反向偏压下暗电流密度低至75 mA/cm~2,在1.55μm波长处的响应度为0.58 A/W,在-2 V的反向偏压下的3 dB带宽为5.5 GHz.     

损耗对屏蔽光伏空间孤子演化特性的影响

研究了晶体损耗对屏蔽光伏空间孤子在加偏压的光伏光折变晶体中演化特性的影响.结果表明,损耗除了造成屏蔽光伏孤子光波振幅的减小外,还造成了孤子横截面的改变.对于明孤子,当入射波光强较低时,横截面随传播距离的增长而不断增大;而当入射波光强较高时,起初横截面不断压缩,而后再膨胀,并在某一传播距离上孤子横截面恢复到入射时的尺寸.对于暗孤子,不论入射光孤子光强的高低,横截面都随传播距离的增长而不断增大.虽然在传播距离足够短时,可以不考虑损耗的影响,但距离较大时,损耗将最终导致孤子崩溃. 关键词： 非线性光学 空间光孤子 光折变效应     

抑光载波双边带Radio over Fiber双工通信系统设计

提出并模拟证明了基于两个电光相位调制器实现抑光载波双边带(Radio on Fiber,RoF) 双工传输系统设计方案.通过改变电光相位调制器的最大相偏量,实现了抑光载波双边带信号传输——使通信带宽加倍,而且很好地控制上下行传输信号的误码率.仿真模拟结果表明,发射功率为3 dBm的光信号在无放大、色散系数为20 ps/(nm·km)、衰减系数为0.25 dB/km的SMF-28单模光纤中传输时,其超高频RF调制信号的频率可达24 GHz,数据码元传输速率可达2.5 Gbit/s,传输距离40 km以上.     

微型计算机微波辐照效应的实验研究

 微波辐照频率为1.2~2.0 GHz时，利用宽带天线对微型计算机主板进行微波辐照，考察了微波辐照载波频率、调制方式和调制深度对微波辐照效应的影响，得到了计算机分别处于满负荷工作、内存读写操作、磁盘读写操作和系统空闲4种工作状态下的微波辐照干扰功率阈值。实验结果表明：微波辐照的载波频率为1.47 GHz时，辐照干扰功率阈值最低,为32.7 dBm，计算机最易被干扰；瞬时功率是干扰微型计算机的关键参数，调制方式、调制频率和深度对微波辐照干扰功率阈值影响不大；处于高负荷工作状态的微型计算机更易于被微波辐射干扰；计算机启动的干扰功率阈值为32.0 dBm，小于正常工作状态时的阈值。     

采用级联相位调制器和强度调制器产生四倍频光载毫米波的光纤无线通信系统

理论和实验研究了基于载波抑制原理采用级联的相位调制器和强度调制器产生四倍频光载毫米波的原理。基于此原理,在中心站利用10 GHz的本振射频信号,通过调节两个调制器的相位差和强度调制器的偏置电压产生40 GHz光载毫米波信号,2.5 Gb/s的基带数据信号直接调制在光载毫米波上,经过20 km标准单模光纤传输至基站。实验研究表明,下行链路信号通过20 km标准单模光纤传输后,传输功率代价小于0.8 dBm,基带信号眼图依然清晰张开,简化了系统配置,信源稳定可靠。     

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.     

功率谱密度法标定光镊的三维光阱刚度

采用四象限探测器和功率谱密度法,搭建了一套快速标定光镊三维光阱刚度的测量系统.实验中,用四象限探测器记录微粒做受限布朗运动时的位置信息,用功率谱密度法标定光阱刚度,测得了直径0.97μm SiO2小球和直径1μm PMMA小球的光阱刚度与激光功率的关系.结果表明:对于SiO2小球,当激光功率为50~120mW时,光阱刚度与激光功率成正比;对于PMMA小球,当激光功率为80~130mW时,光阱刚度与激光功率成正比.该光镊系统可用于生物、物理等微观领域研究的高准确度测力系统.     

单边带光纤承载射频系统的最佳调制指数

研究了在采用光单边带(SSB)调制方式的光纤承载射频(ROF)系统中,射频(RF)信号对光载波的调制指数对调制产生的光载毫米波信号中光载波和光边带分量之间功率对比关系的影响。针对单边带光载毫米波信号中的光载波分量和光边带分量的功率相差较大时,ROF系统的接收灵敏度较低的问题,分析了决定光载波和光边带分量的功率的主要因素。并指出通过选择最佳的射频调制指数可以使光载波和光边带分量的功率平衡,给出了最佳调制指数的值。仿真结果证实了最佳射频调制指数能够使光载波和光边带分量的功率平衡,进而使微波光纤系统的光接收灵敏度达到最高。     

基于半导体光放大器瞬态交叉相位调制效应的高速反相和同相波长转换的研究

采用半导体光放大器(SOA)中的瞬态交叉相位调制效应是实现高速全光信号处理的有效途径.利用SOA和带宽为0.4 nm的窄带滤波器同时实现了重复频率为10 GHz、脉冲宽度为10 ps的同相和反相全光波长转换.当滤波器的中心波长相对于探测光载波波长蓝移0.25 nm或者红移0.05 nm时，得到反相波长转换；当滤波器的中心波长相对于探测光波长蓝移0.29 nm或者红移0.25 nm时，得到同相的波长转换.同时用数值模拟了从同相到反相波长转换的极性演化过程，理论分析和实验结果基本相符. 关键词： 半导体光放大器 波长转换 瞬态交叉相位调制     

基于副载波外差检测的副载波-正交频分复用系统误码性能研究

基于相干检测的正交频分复用技术是未来高速光通信技术的重要解决方案之一,由于相干光检测系统结构复杂不易实现,因此采用副载波外差检测技术检测副载波正交频分复用光信号。建立了大气湍流信道系统传输模型,推导了子载波平均载噪比(CNR)和平均误比特率(BER)的闭合表达式,数值分析了本振光功率和调制系数对系统平均误比特率的影响,并通过仿真实验进行验证。实验结果表明,与直接检测相比,副载波外差可以进一步提高平均载噪比,提升系统误码性能。当接收光功率为微瓦量级时,本振光功率约为-11 d Bm,此时可获得最佳平均载噪比,当本振光功率大于-11 d Bm时,随本振光功率增加平均载噪比逐渐降低,平均误比特率升高。弱湍流条件下,当接收光功率大于-17 d Bm时,平均误比特率为10-5以上,此时可以保证无线光通信系统的可靠性。