光相位调制器和光强度调制器产生40GHz光载OFDM毫米波信号的传输性能比较

实验研究了分别采用光相位调制器和光强度调制器产生40GHz光载正交频分复用(OFDM)信号的毫米波光纤无线通信(ROF)系统,并比较了二者的传输性能。在中心站,将20GHz的射频(RF)正弦波信号与2.5Gb/s的OFDM信号混频后驱动相位调制器或强度调制器进行双边带(DSB)调制,产生的光载OFDM信号的毫米波经标准单模光纤(SSMF)传输到基站。在基站,经光纤布拉格光栅(FBG)滤除中心载波后的光调制信号经光电检测器转换成电调制信号,再与射频信号混频,恢复出基带OFDM信号,而分离出来的中心载波信号可以用于实现波长重用。实验验证了OFDM信号峰值-平均(峰均)功率比大小对系统误码率的影响。实验结果显示,在大入纤功率情况下,相位调制和强度调制产生的毫米波光信号经过50kmSSMF传输后,其功率代价分别为小于0.5dB和大于1dB。说明光相位调制器产生光载毫米波加载OFDM信号在光纤中的传输性能优于光强度调制器。     

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。     

基于石墨烯的宽带全光空间调制器

提出了单层石墨烯包裹微纳光纤的全光空间调制.石墨烯作为可饱和吸收体包裹在通过二氧化碳激光器加热制备的微纳光纤上,当信号光沿着微纳光纤传输时部分光将以倏逝场的形式沿着微纳光纤表面传递,并与石墨烯产生作用被吸收.同时将波长为808 nm的抽运光从空间垂直入射到石墨烯包裹的微纳光纤处,依据石墨烯的优先吸收特性,通过抽运光控制石墨烯对信号光的吸收,实现了宽带全光空间调制.在1095 nm波长处获得最大调制深度约为6 dB,调制带宽约为50 nm,调制速率约为1.5 kHz.空间全光调制器具有输出信号光“干净”的特点.与传统石墨烯微纳光纤全光调制器相比,输出端不需要对抽运光进行光学滤波而直接获得已调信号.该复合波导全光空间调制器以更为灵活、高效的方式打开了微纳超快信号处理的大门.     

基于双通道马赫曾德尔调制器调制边带滤波的微波光子移相器

提出了一种基于双通道马赫曾德尔调制器(DPMZM)调制边带滤波的微波光子移相器。在双通道马赫曾德尔调制器的结构中,在一路马赫曾德尔干涉仪上实现抑制光载波的双边带调制输出,而在另一路马赫曾德尔的相位调节臂上通过调节偏置电压实现光载波信号的光学移相,两路光信号经过干涉合路后由光纤布拉格光栅(FBG)滤除其中一个一阶边带,最后输入到光电探测器(PD)进行光电转换得到移相的微波信号。实验结果表明,基于DPMZM调制边带滤波的微波光子移相器具有传输特性稳定、输出幅度波动小的优点。该结构还具有相移调节响应速度快、应用频带宽以及移相范围大于360°等特点。     

承载正交频分复用信号的58GHz光载毫米波波分复用光纤无线通信系统

实验研究了一种采用马赫-曾德尔强度调制器和光交叉复用器(IL)产生58 GHz光载毫米波传输正交频分复用(OFDM)信号的波分复用光纤无线通信(WDM-ROF)系统。中心站的4路连续光波耦合后输入射频(RF)信号频率为29 GHz的强度调制器进行双边带(DSB)调制,再用另一个强度调制器将2.5 Gb/s的OFDM信号调制到DSB信号上。经20 km单模光纤(SMF)传输至基站,通过IL将中心载波和一阶边带分离。经可调谐光滤波器(TOF)滤取所需信道的一阶边带,由高速光电检测器产生58 GHz的电毫米波,利用相干解调恢复下行OFDM基带数据信号。实验结果表明,在无色散补偿和误码率为10-3的条件下,下行OFDM信号经光纤传输20 km后的功率代价小于0.5 dB,而且星座图依然清晰。     

基于相位调制和线性滤波的多信道多功能光学微分器

多功能微分器可以满足光计算和光信号处理中的多种需求, 增强灵活性. 本文从理论上推导了一种基于相位调制和线性滤波的多功能光学微分器. 并在实验中, 将传输谱线近似为线性的光纤延时干涉仪(DI)和相位调制器级联, 得到了输入信号的两种微分结果. 通过调节DI的驱动电压调节其传输谱的漂移, 当光载波位于DI的传输谱线的谷值, 则获得信号的光场微分, 当光载波位于DI传输谱的线性斜率处, 则得到输入信号的光强微分. 通过分析各种微分的平均误差, 发现DI的线性度越高, 平均误差越小. 同时基于DI传输谱线的梳状特性,证实了多信道信号的同时微分.     

基于相位调制器产生六倍频光毫米波的OFDM信号光传输系统研究

提出了两个并行相位调制器产生六倍频光毫米波并传输正交频分复用信号的全双工光纤无线通信系统.将2.5Gbt/s的正交频分复用信号调制到60GHz光毫米波上.从理论上分析了毫米波产生的原理,并分别模拟了毫米波信号承载OOK信号和正交频分复用信号在光纤中的传输性能.从而验证系统的可行性.仿真模拟结果表明,在光纤无线通信系统中,正交频分复用比非归零码更具有优势.     

基于相位调制器产生六倍频光毫米波的OFDM信号光传输系统研究

提出了两个并行相位调制器产生六倍频光毫米波并传输正交频分复用信号的全双工光纤无线通信系统.将2.5 Gbt/s的正交频分复用信号调制到60 GHz光毫米波上.从理论上分析了毫米波产生的原理,并分别模拟了毫米波信号承载OOK信号和正交频分复用信号在光纤中的传输性能.从而验证系统的可行性.仿真模拟结果表明,在光纤无线通信系统中,正交频分复用比非归零码更具有优势.     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

直接探测系统中两种单边带光信号调制与恢复方法的研究

从理论上阐释了基于独立双驱动马赫-曾德尔调制器(DDMZM)和同相正交调制器的两种单边带光信号调制原理。通过研究100 Gbit/s速率75 km标准单模光纤传输系统中的16-正交幅度调制单边带信号,分析了两种方法的参数调优原理。接收端使用Kramers-Kronig(KK)算法恢复单边带信号并消除信号与信号间的拍频串扰。结果表明,由于调制器的非线性以及单边带信号的载波信号功率比的影响,在误比特率为3.8×10~(-3)的7%硬判决前向纠错门限上,使用基于KK算法的接收机的虚载波方法与DDMZM方法相比,能够降低接收光功率约2.3 dB。     

电光调制在被动综合孔径成像探测中的应用

介绍了一种新型被动综合孔径成像探测方法:视场辐射信号被接收和放大后,通过电光幅度调制将其幅度和相位信息加载到光波上,经光纤传输在末端形成阵列,通过光学系统直接成像,将视场实时恢复出来.该方法可实现工作在微波、毫米波和太赫兹波段的高分辨力实时成像探测的目的.深入分析了电光调制器在综合孔径成像探测中的应用,建立电光调制模型,讨论了在小信号调制下的电光幅度调制近似理论.通过数值计算与仿真分析,得到综合孔径成像探测中电光调制器的调制信号强度限制的有关结论.结果表明,利用上变频电光调制技术和光信息处理,所得到的成像仿真图的半峰全宽和信噪比性能都优于传统的基于下变频技术的成像仿真结果.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计和实现

提出一种基于互逆光纤色散的微波光子雷达系统设计方案,既可以产生宽带线性调频信号,又可以实现线性调频信号的光域脉冲压缩.在发射端利用互逆色散光纤产生线性调频信号.在接收端,雷达回波信号通过马赫-曾德调制器调制到预啁啾的光信号上,然后经过色散光纤的进一步色散.最终在探测器端可以得到目标回波信号脉冲压缩后的结果.该方案无需脉冲压缩过程中数字化和离线处理,且具有脉冲压缩比的调谐作用.理论、数值仿真和实验证明了该设计方案能有效进行线性调频信号的光域脉冲压缩.实验产生了C波段下时宽1.2ns,带宽3.2GHz的线性调频信号,并通过互逆色散光纤将该信号压缩到了0.09ns,脉冲压缩比达13.3.     

Measurement of modulation index and half-wave voltage of an electro-optical phase modulator with a dispersion-based phase filter

In this paper, a novel method based on the use of an optical phase filter is proposed to evaluate the modulation index, as well as the half-wave voltage of an optical phase modulator. When a phase modulated signal propagates along the length of a dispersive fiber, the fiber dispersion acts as an optical phase filter and spectrally alters the relative phasing of the phase modulated signal, causing the phase modulation to become intensity modulation, which allows the swept frequency measurement of phase modulators by using a vector network analyzer. The modulation index and half-wave voltage as a function of the modulation frequency are experimentally measured for a commercial phase modulator, which agree well with the results obtained using the widely accepted optical spectrum analysis method. The proposed method requires only a length of dispersive fiber and works without any small-signal approximation, which is applicable for different driving levels and operating wavelengths with the same setup.     

Optical fiber modulator derivates from hollow optical fiber with suspended core

A fiber optic integrated modulation-depth-tunable modulator based on a type of hollow optical fiber with suspended core is proposed and investigated. We synthesized magnetic fluid containing superparamagnetic Fe(3)O(4) nanoparticles and encapsulated it in the hollow optical fiber as the cladding layer of the suspended core by fusing the hollow optical fiber with the multimode optical fibers. The light with a wavelength of 632.8 nm is coupled in and out of the modulating element by a tapering technique. Experimental results show that the light attenuation in the system can be greatly influenced by only 2.0×10(-2) μL of the magnetic fluid under different magnetic field strengths. The saturated modulation depth is 43% when the magnetic field strength is 489 Oe. The response time of the system is <120 ms. Significantly, this work presents information for the development of all-fiber modulators, including other integrated electro-optic devices, such as optical switch, optical fiber filter, and magnetic sensors utilizing the special structure of this hollow optical fiber with suspended core and superparamagnetic magnetic fluid.     

Designing optical-fiber modulators by using magnetic fluids

To reduce interface loss between optical fibers and devices in telecommunication systems, the development of an optical-fiber-based device that can be fused directly with fibers is important. A novel optical modulator consisting of a bare fiber core surrounded by magnetic fluids instead of by a SiO2 cladding layer is proposed. Applying a magnetic field raises the refractive index of the magnetic fluid. Thus we can control the occurrence of total reflection at the interface between the fiber core and the magnetic fluid when light propagates along the fiber. As a result, the intensity of the outgoing light is modulated by variation in field strength. Details of the design, fabrication, and working properties of such a modulator are presented.     

双弹光拍频调制型Fourier-Bessel变换成像光谱技术研究

针对现有弹光调制器(photoelastic-modulator, PEM)的调制频率高(几十kHz以上),调制干涉信号频率更高,普通阵列探测器无法有效采集,提出了一种基于双弹光调制器拍频调制和傅里叶-贝塞尔(Fourier-Bessel)变换的光谱测量方法,并结合CCD成像技术构成新型双弹光调制成像光谱技术(dual-photoelastic-modulator-based imaging spectrometer, Dual-PEM-IS)。该方法将双弹光调制器分别工作在数值略有差异的频率上,以对光进行拍频调制,并产生载有被测光的低频调制分量(比驱动频率小2～3个数量级,普通CCD可实现探测),通过对调制信号中的低频成分进行Fourier-Bessel变换可得到目标光谱,使得弹光调制兼具了成像和光谱测量能力。介绍了其原理并推导出光谱反演公式,并通过仿真和实验验证其可行性,分析了光程差的微小偏差对反演光谱造成的影响,为进一步工程化实现提供了必要的理论基础。     

Photonic instantaneous microwave frequency measurement based on two different phase modulation to intensity modulation conversions

A novel photonic technique for instantaneous frequency measurement of microwave signal based on phase modulation to intensity modulation conversion is proposed and demonstrated. In the proposed system, an optical carrier is modulated by a microwave signal with its frequency to be measured through a phase modulator. The phase-modulated optical signal is then converted to intensity-modulated signals in two independent paths using a dispersive media and a frequency discriminator respectively. Since the dependence of the received microwave power on the input microwave frequency in the two paths differs, the microwave power ratio between the two paths can be used to uniquely determine the microwave frequency. The major advantages of the approach lie in that only one laser source and the bias-free phase modulator is employed in the system, which improves the stability of the system. Experimental demonstrations of the frequency measurement based on the proposed approach are presented.     

光纤中基于交叉相位调制的超短光脉冲串的产生

提出一种在单模光纤正常色散区由连续波产生超短光脉冲串的新方法，即让连续波和一个波长位于光纤正常色散区的调制脉冲串在光纤中同时传输，交叉相位调制效应和群速度色散效应的相互作用能使连续波演化成一串超短光脉冲，其脉冲宽度比调制脉冲串中的脉宽要小得多，本文还通过计算机模拟，对这一方法进行了全面的考察和分析。结果表明，该方法不仅实用，而且可取得较好的效果。