基于偏振延时干涉技术的光子波形产生技术研究

提出并验证了一种新型的微波波形产生方案,该方案基于偏振延时干涉技术,仅采用一个激光器和马赫-曾德尔调制器(MZM),通过光子微波技术产生高速率微波波形.利用正弦微波信号对MZM进行调制,通过控制MZM的调制度,同时调节差分延迟线的延时量实现偏振延时干涉技术,成功实现了三角波和方波波形的输出.理论分析了基于偏振延时干涉技术的方波和三角波的产生原理,数值计算得到了最佳调制指数.实验中,通过5GHz正弦波得到了同频方波和三角波的输出.实验结果与之相符合,验证了方案的可行性.     

基于注入锁定增强高次谐波的任意波形产生

提出一种基于注入锁定技术增强高次谐波的任意波形产生方案。通过注入锁定技术放大并增强高次和偶次谐波,将获得的高次谐波和非线性调制产生的第一和第三次谐波进行时域叠加,可合成高阶的三角波、矩形波。将注入锁定增强的偶次谐波和非线性调制产生的第一和第三次谐波进行时域叠加可合成高阶锯齿波和反锯齿波。通过实验,本文成功产生了频率为5GHz的五阶三角波、五阶矩形波、三阶锯齿波和三阶反锯齿波。理论与实验结果表明:五阶三角波与矩形波的方均根误差比同时产生的三阶相同波形提升了10%～37%;可以通过增加注入锁定的支路数来获得更高阶近似的波形。     

激光频率调制线型分析

在激光频率调制的理论分析中,一般采用正弦波调制、正弦波解调,而没有讨论调制和解调的其它情况。本文主要分析了Guass线型吸收的情况下,锯齿波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果和三角波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果,以及调制深度对信号谱形和信号强度的影响。我们发现,在锯齿波调制、方波解调情况下,一次、二次谐波谱形和正弦波调制情况区别很大;但在三角波调制、方波解调情况下,可以获得和正弦波调制、正弦波解市场相似的结论。另外,不同的调制深度对输出的调制谱形也有重要的影响。我们还用甲烷的可调谐 红外光调制吸收光谱实验验证了理论分析结果。最终得到结论：频率调制谱的信号谱形及信号强度与调制波形、解调波形和调制深度均有关系。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

重复频率可调谐的超低抖动光窄脉冲源的研究

提出了一种新型的基于光电振荡器的重复频率可调谐的超低抖动光窄脉冲源. 光电振荡器系统可以产生超低相位噪声的微波信号; 被该信号调制的直调光经过两次相位调制之后, 使光脉冲的啁啾增强; 再通过一段色散补偿光纤, 光脉冲被进一步压窄. 实验中使用YIG可调滤波器, 可以得到8–12 GHz内步进为200 MHz的可调谐微波信号, 因此光脉冲的重复频率具有可调谐性. 当微波信号即脉冲重复频率为9.6 GHz时, 测得脉冲宽度为3.7 ps, 相位噪声为-130.1 dBc/Hz@10 kHz. 由此得出光脉冲的瞬时抖动为60.1 fs (100 Hz–1 MHz), 因此该方案产生的光窄脉冲源具有超低的抖动.     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器（英文）

提出一种基于分布反馈光注入锁定效应的可调谐光电振荡器,其环路主要由马赫曾德尔调制器、光电探测器、环形器、分布反馈激光器和射频放大器顺接而成.分布反馈激光器是系统关键器件,通过分布反馈激光器光注入锁定效应,分布反馈腔在光域实现了微波光子滤波器功能,无需传统光电振荡器必须的射频带通滤波器.同时,由于分布反馈激光器注入锁定提高了环路Q值,因此系统可采用短环路结构,从而降低了光纤因温度敏感对微波信号稳定性的影响并减小了整个系统的尺寸.另外,通过调节注入光波长和功率可改变该微波光子滤波器的中心频率,从而可实现系统的可调谐性.理论分析了该光电振荡器的原理和微波光子滤波器的调谐性,在此基础上开展了实验验证.结果表明该光电振荡器能够产生18.7~21.6GHz的可调微波信号,在1kHz频偏处的相位噪声为-90dBc/Hz.     

利用垂直腔表面发射激光器注入锁定实现上变频

提出了一种基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的无本振光子微波上变频方案。该方案将相对低速的伪随机基带信号注入VCSEL中,利用注入信号的高次谐波注入锁定VCSEL。被锁定激光器波长与原注入光信号在谐振腔中相干差拍,产生上变频调幅微波信号。实验中利用2.5Gb/s非归零码强度调制信号注入锁定VCSEL,无需本振,实现了载波频率为14.3GHz的光子微波上变频,10kHz偏移处载波相位噪声达-81dBc/Hz。通过调节注入光信号的波长和功率,进一步实现载波频率在7.5~23GHz之间的调谐,验证了该方案的可行性,并对系统性能进行了误码分析,系统代价为1.4dB。结果证明该方案无需微波本振,仅需采用价格低廉的VCSEL即可实现光子微波上变频,从而为无线光混合接入网中光子微波信号产生技术提供了一种低成本的解决思路。     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器

提出一种基于分布反馈光注入锁定效应的可调谐光电振荡器,其环路主要由马赫曾德尔调制器、光电探测器、环形器、分布反馈激光器和射频放大器顺接而成,分布反馈激光器是系统关键器件,通过分布反馈激光器光注入锁定效应,分布反馈腔在光域实现了微波光子滤波器功能,无需传统光电振荡器必须的射频带通滤波器.同时,由于分布反馈激光器注入锁定提高了环路Q值,因此系统可采用短环路结构,从而降低了光纤因温度敏感对微波信号稳定性的影响并减小了整个系统的尺寸.另外,通过调节注入光波长和功率可改变该微波光子滤波器的中心频率,从而可实现系统的可调谐性.理论分析了该光电振荡器的原理和微波光子滤波器的调谐性,在此基础上开展了实验验证.结果表明该光电振荡器能够产生18.7～21.6 GHz的可调微波信号,在1 kHz频偏处的相位噪声为-90 dBc/Hz.     

微波谐振器系统的调谐实验研究

圆台谐振腔和微波产生及传输装置可以形成一套和外界独立的微波谐振器系统.由于壁面上电磁压强差的作用,圆台谐振腔可能产生净电磁力,这需要从实验上给予证明.为此首先应对独立的微波谐振器系统进行调谐实验研究,使系统时刻处于谐振状态,这是实验证明净电磁力存在的重要保证.为此,本文对圆台谐振腔进行低信号调谐实验,同时配合调谐元件,准确地调试2.45 GHz频率下的谐振状态,分析温度对谐振状态的影响.实验结果表明该微波谐振器谐振频率2.44895 GHz、品质因数117495.0823,而且当腔体壁温升高时谐振频率减小、品质因数出现周期性振荡.     

基于光电微波振荡器的三角波和正弦信号发生器

利用光电振荡器(OEO)产生微波信号,结合马赫-曾德尔调制器(MZM)的调制偏振敏感特性,设计一种将微波三角波信号产生功能嵌入OEO系统的三角波和正弦信号发生器。MZM工作在最小传输点,光场的偏振角通过偏振控制器调节后与调制器的最佳调制轴成一定夹角,使平行于最佳调制轴的光场受载波抑制调制产生奇阶边带,而正交分量的光场不被调制。两部分光场以符合三角波傅里叶关系的比例通过检偏器投影至同一方向,并在光电探测器(PD)上拍频产生三角波信号。该三角波信号经过电带通滤波器后,得到微波正弦信号输出并反馈完成OEO的振荡过程。理论上对三角波的产生原理进行分析和仿真,实验上得到了质量良好的重复频率为5GHz的三角波和正弦信号。本方案只需增加少量器件即可使OEO同时产生三角波、正弦信号,结构简单,具有实用性。     

X波段重复频率GW级超辐射相对论返波管

运用超辐射机理,通过粒子模拟设计了X波段超辐射相对论返波管,并在小型Tesla脉冲源平台上开展了实验研究。通过空间功率积分和直接对辐射微波时域波形的分析得到实验结果:在束压350 kV、束流4.8 kA、脉宽3.1 ns、引导磁场2.2 T条件下,产生的微波辐射功率1.4 GW,中心频率9.36 GHz,脉宽500~700 ps,辐射模式为TE11,能在重复频率100 Hz下稳定运行。功率转换效率超过80%。实验结果与粒子模拟结果比较吻合,成功实现了在短脉冲条件下产生重复频率、亚纳秒脉宽、GW级微波辐射。     

基于等离子体缺陷层的一维可调谐微波光子晶体滤波特性

等离子体填充到一维介质-真空微波光子晶体的缺陷层构成一种可调谐单通道滤波器.据等离子体的强色散特性,其等效折射率与电磁波频率及等离子体频率等参数有关,因而可以通过改变等离子参数,使一维微波光子晶体缺陷层的谐振频率发生偏移,实现微波光子晶体的可调谐滤波特性.介质层和等离子体层分别采用了时域有限差分（FDTD）算法及分段线性电流密度卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）算法.数值模拟表明,通过改变等离子体频率可以实现滤波通道在光子禁带内较大带宽范围的移动. 关键词： 等离子体 微波光子晶体 可调谐滤波     

基于光学-微波同步的低噪声微波产生方法

低噪声微波在冷原子光钟、光子雷达、大科学装置远程同步等领域具有重要的应用价值.本文介绍了一种基于光学-微波相位探测技术的低噪声微波产生方案,利用光纤环路光学-微波鉴相器,将超稳激光的频率稳定度相干传递至介质振荡器.实验采用梳齿相位参考至超稳激光的窄线宽掺铒光纤飞秒光学频率梳,结合光纤环路光学-微波鉴相器和精密锁相装置,将7 GHz介质振荡器同步至光频梳重复频率的高次谐波,同步后的光脉冲序列与微波信号的剩余相位噪声为–100 d Bc/Hz@1 Hz,定时抖动为8.6 fs [1 Hz—1.5 MHz];通过搭建两套低噪声微波产生系统,测得7 GHz微波的剩余相位噪声为–90 d Bc/Hz@1 Hz,对应的频率稳定度为4.8×10^–15@1 s.该研究结果对基于光学相干分频的低噪声微波产生提供了一种新思路.     

基于受激布里渊散射和耦合型双环的 可调谐光电振荡器

提出了一种基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器.该光电振荡器将受激布里渊散射和耦合型双环结构相结合,利用受激布里渊散射的窄带增益谱选择振荡频率,实现微波信号的频率可调谐.通过耦合型双环结构,有效地抑制了微波信号的边模,降低了微波信号的相位噪声,提高了微波信号的频率和功率稳定性.实验结果表明,该结构的光电振荡器可以产生2GHz到18GHz的微波信号,边模抑制比优于60dB,相位噪声在10kHz频偏处低于-95dBc/Hz,在实验室环境下10GHz微波信号30min内频率漂移小于0.3ppm,功率漂移低于0.2dB.     

结合光注入半导体激光器与光电环路产生频率大范围可调、窄线宽微波信号

结合光注入半导体激光器的单周期动力学态与光电环路,提出了一种可获得频率大范围可调、窄线宽的光子微波信号的方案并进行了实验研究.结果表明,光注入半导体激光器在一定条件下能够实现单周期振荡,且光子微波信号的频率在8~67GHz范围内连续可调;在合适的注入参数下,获得了频率为24.3GHz且光谱具有单边带结构的光子微波信号;通过引入光电环路结构,能够有效地将该光子微波的线宽由8.6 MHz压缩至30kHz,并获得了40dB以上的信噪比.     

高Q值跳频带通微波光子滤波器

提出一种基于Lyot-Sagnac滤波器和级联结构的高品质因数跳频带通微波光子滤波器.在该滤波系统中,利用宽带光源和Loyt-Sagnac滤波器原理实现波长间隔可变的连续光载波.利用相位调制器与单模光纤形成第一级单通带微波光子滤波器,光纤环形谐振器作为第二级滤波结构.经两级滤波器级联,实现高品质因数跳频单通带微波光子滤波器.在使用三段保偏光纤的情况下,通过调整偏振控制器的偏振状态,可实现滤波器中心频率在1.012 1GHz,1.214 5GHz,1.416 9GHz,1.619 3GHz,1.821 7GHz之间跳跃.由于采用了级联结构,所设计的滤波器继承了前后两级滤波器的共同优点,故滤波器的滤波特性良好,品质因数最高可达13 155.69;主旁瓣抑制比均在18dB以上,最高达25.51dB.且该装置结构简单,调谐便利.     

超快太赫兹时域光谱系统

超快太赫兹时域光谱系统是基于高速异步光学采样原理进行工作的,该系统使用2个重复频率可在1 GHz附近变化的飞秒振荡器,并使用高带宽反馈电路控制其重复频率。2个飞秒振荡器的重复频率存在Δf的失谐,一个飞秒振荡器的重复频率是1 GHz+Δf Hz,为泵浦脉冲;另一个飞秒振荡器的重复频率是1 GHz,为探测脉冲,由此提供泵浦脉冲和探针脉冲的时间差,时间延迟呈周期性变化,其扫描周期可以由1/Δf给出。此系统摒弃了传统THz-TDS系统所必需的机械延迟线,采用双光子探测器来产生触发信号。当设定Δf=1 kHz时,1 ms就可以探测出1个THz谱, 用时10.3 s即可得到动态范围为21 dB、频谱分辨率为5 GHz的太赫兹信号。该系统具有检测速度快和频谱分辨率高的优点,在需要快速测量的应用环境中有着传统太赫兹时域光谱系统不可比拟的优势。     

基于光注入半导体激光器单周期振荡的光子微波产生及全光线宽窄化

本文对基于光注入半导体激光器的单周期动力学态产生光子微波并利用光反馈压缩其线宽进行了实验研究. 研究结果表明: 通过适当调节注入参数, 能对该方法产生的光子微波频率在数十GHz范围内进行连续、大范围地调节; 通过引入光反馈并精细调节反馈强度, 光子微波的线宽能够从40—100 MHz的范围被压缩约两个数量级至300—900 kHz范围;反馈长度对光子微波的线宽几乎没有影响, 但当反馈长度精细变化时, 光子微波频率会出现一定范围内的周期性漂移.     

智能化测试信号源的设计与实现

介绍一种基于AT89C51单片机构成的智能测试信号源,可产生方波、正弦波、三角波、锯 齿波等波形,波形选择及频率、幅度、周期可通过程序改变。本系统主要针对学生学习智 能化测试仪器进行设计,旨在帮助学生掌握智能仪器特点,因而具有模块化结构、智能化 接口和智能控制等特点。