两路输入前置光放大星间微波光子链路优化

考虑到星间微波光子链路传输损耗大且多路微波信号之间交调干扰严重,利用前置光放大来提高链路的信号噪声失真比RSNDR。建立了两路输入前置光放大星间微波光子链路模型,推导出了RSNDR的解析表达式。通过优化马赫-曾德尔调制器的直流偏置相移,使得在给定输入射频信号功率条件下RSNDR最大,并进一步分析了前置光放大器参数对最优直流偏置相移和RSNDR的影响。仿真结果表明,前置光放大改变了影响RSNDR的主要因素,使信号放大的倍数大于噪声和三阶交调(IM3)放大的倍数,从而提高了链路的RSNDR。当前置光放大器增益为20dB、噪声系数为3dB时,最优的RSNDR比不加前置光放大器时提高24dB。前置光放大器增益和噪声系数对最优的RSNDR影响很大,而对最优的直流偏置相移几乎无影响。     

基于双平行马赫曾德调制器的动态可调光载波边带比光单边带调制：理论分析与实验研究

理论分析并实验研究了一种基于双平行马赫曾德调制器(DP-MZM)具有动态光载波边带比(OCSR)调谐能力的光单边带(OSSB) 调制实现方案, 方案利用DP-MZM内部集成的三个独立的调制单元, 分别实现OSSB调制、光载波移相和光信号干涉, 最终, 仅需改变调制器的一个偏置点, 就实现了OCSR的动态调谐, 实验得到了小信号调制(调制系数m=0.2)下, OCSR的可调范围-20.8–23.5 dB. 并分析了OCSR与射频功率之间的对应关系, 通过本方案调谐至最佳的OCSR可提高模拟光链路接收灵敏度. 关键词： 光纤通信 微波光子 光载波边带比 光单边带调制     

星地微波光传输链路分析

根据星地大容量通信发展需求,研究了基于微波空间光传输技术的星地激光通信链路。在建立星地微波光传输链路模型的基础上,分析了链路光功率衰减、输出微波信号、噪声功率以及在大气湍流信道下系统的误码率。仿真分析了调制器直流偏置电压大小对链路输出信噪比和误码率的影响,结果表明,相对于通常的正交偏置工作点,通过优化控制直流偏置点的位置,可以提高链路输出信噪比和误码率,这种改善程度随着调制系数的减小而增大。该研究为建立星地微波光传输系统提供了有益参考。     

基于双平行马赫-曾德尔调制器的大动态范围微波光子下变频方法

为了提高微波光子下变频链路的性能,提出了基于集成双平行马赫-曾德尔调制器的微波光子下变频方法.通过理论推导和数值仿真分析了系统的增益和无杂散动态范围,实验搭建了基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频链路,控制直流偏置电压使双平行马赫-曾德尔调制器工作在高载波抑制的双边带调制模式,并对链路进行了性能测试.实验结果表明:该下变频链路的增益为7.43 d B,无杂散动态范围达到了110.85 d B/Hz2/3,工作频段可覆盖5—18 GHz的宽频范围.基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频方法可优化设计输出频谱,系统结构简单、易于实现,为微波光子下变频链路提供了有效的解决方案.     

应用马赫-曾德尔调制器的光微波链路建模

在考虑马赫-曾德尔调制器(MZM)的消光比、双臂驱动不平衡度等非理想特性参量对其进行细致的理论建模的基础上,建立了包括光源、双臂驱动马赫-曾德尔调制器、光传输模块、光电探测器的基本光微波链路模型,并得到双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB)链路的全阶解析响应结果,着重分析不同调制方式下马赫-曾德尔调制器对光微波链路幅度和相位(延时)性能的影响。理论计算和数值仿真结果表明,对双边带调制链路,消光比和双臂驱动不平衡度影响链路的幅频特性而不影响相位特性,对单边带调制链路,二者同时影响链路的幅频和相频特性。理论模型和数值结果可为使用马赫-曾德尔调制器的光微波系统如光纤无线电(RoF)和光控微波波束形成网络等提供定性和定量性能分析的基础。     

双音调制下星上微波光子系统的交调失真分析

马赫-曾德尔调制器的非线性会严重恶化星上微波光子系统的性能。建立了包括光源、马赫-曾德尔调制器和光电探测器的双音调制理论模型,利用傅里叶级数展开、傅里叶变换和Gegenbauer加法定理,推导出了调制器非线性失真的严格通用解析解。根据该解析解,可精确地预计不同调制方式下星上微波光子系统的非线性失真,优化系统性能。分析结果表明,双边带和单边带调制条件下,将调制器输出信号保留至二次谐波能较好地近似计算三阶交调失真比和三阶交调截点,三阶交调失真比随调制系数的增大先增大后减小。当调制系数小于1.4674时,单边带调制三阶交调失真比至少比双边带调制小6dB,适合于星上微波光子系统的应用。     

一种倍频因子及输出相位连续可调的微波光子移相系统

提出一种倍频因子连续可调,且相位连续变化的微波光子移相系统.系统主要由两个集成双偏振双平行马赫增德尔调制器组成,在不使用光滤波器的情况下,调节双平行马赫曾德尔调制器及相位调制器的射频驱动和直流偏置电压,生成二倍频,三倍频,…,六倍频微波信号,同时实现输出微波信号相位0～360°连续可调.仿真结果表明,当射频信号频率为10GHz时,可分别产生频率为20、30、40、50、60GHz的微波信号.调节相位调制器的直流偏置电压与半波电压比值从-1到1变化时,对应微波信号的相位从-180°到180°变化.此外,分析了调制器消光比对输出微波信号光载波抑制比和电杂散抑制比的影响,以及90°电桥相位平衡对微波信号相位漂移和幅度波动的影响.     

包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器数值研究

采用自再现理论,对一种包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器进行了数值研究.研究结果表明：为了提高谐波锁模输出脉冲的质量,调制半导体光放大器应当保持高直流偏置,对自发辐射信号进行调制并提供锁模脉冲克服腔损耗所需的增益,而此时的增益半导体光放大器则被低直流偏置充当增益补偿器维持较窄的净增益窗口;与之相反,为了获得振幅均衡的有理数谐波锁模输出脉冲,调制半导体光放大器则应当偏置在较低的电流上,而增益半导体光放大器应当保持较高的偏置电流以提供足够的常量增益克服腔损耗.此外,还必须提高注入光信号的峰值功率.     

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。     

基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法

提出了一种基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法.通过将本振信号加载在马赫-曾德尔调制器上产生±1阶本振边带,利用光纤光栅进行边带分离,将–1阶本振边带作为载波输入双平行马赫-曾德尔调制器进行二次调制.中频信号通过90°电桥加载在双平行马赫-曾德尔调制器上,并使其工作在载波抑制单边带调制状态.最后将输出的中频单边带调制信号与光纤光栅反射的+1阶本振单边带信号进行合路拍频,即可获得频率为2w_(LO)+w_(IF)的上变频信号.为了验证该方法的有效性,搭建了上变频链路并进行了性能测试,实验结果表明链路的输出光谱和频谱较为纯净,经过单边带调制后的光谱杂散抑制比达到了22.5 dB,产生的本振倍频上转换信号的杂散抑制比达到了23.6 dB,系统的无杂散动态范围达到了96.1 dB·Hz~(2/3).该本振倍频上转换方法可有效降低对本振信号的频率需求,并且产生的上转换信号纯净度较高,为光载无线通信、光控相控阵雷达等系统中的高频发射提供了有效途径.     

Microwave Photonic Link with Carrier Suppression for Increased Dynamic Range

Theoretical analysis and experimental investigation of microwave photonic links with bias-shifted Mach-Zehnder modulators are presented. An optical amplifier is used to increase link gain and reduce noise figure. The combination of modulator bias shift away from quadrature and optical amplification reduces the link noise figure by more than 15 dB. For modulation frequencies from 2 to 18 GHz, the third-order limited spurious-free dynamic range (SFDR3) of these links is greater than 120 dB, normalized to a 1-Hz bandwidth. Conventional links based on Mach-Zehnder modulators are limited to SFDR3 values of approximately 110 dB, normalized to a 1-Hz bandwidth. This level of performance is achieved without electronic or optical linearization.     

外调制激光器输出功率高精度控制技术研究

为了研究高速1550 nm微波光纤链路的高精度外调制特性,针对多量子阱分布反馈激光器的物理模型讨论了输出功率、阈值电流与温度的依赖关系,建立了相应的恒温恒功率控制电路,使激光器输出功率稳定在±0.005 dB以内,调制输出3 dB谱宽为0.5 nm,边模平坦,边模抑制比大于30 dB。另外设计了自动增益控制电路和附加相位调制电路,对外调制阶段的光功率进行控制。实验结果表明,采用1550 nm激光器及上述控制电路构成相应的外调制微波光纤链路系统,可有效地提高光发射模块输出光功率的稳定性,克服了直接调制带来的光谱展宽和消光比不稳定的缺点,实现了微波信号的高线性低失真传输。     

基于光子晶体光纤中受激布里渊散射的光载波抑制

设计了一种基于光子晶体光纤中受激布里渊散射的载波滤波器.该滤波器利用两个环形器和一段光子晶体光纤构成了一个环形腔,这种腔结构有效地降低了光纤中受激布里渊散射的阈值.理论分析了光子晶体光纤载波滤波器对提高光调制深度和射频增益的影响.利用25 m的高非线性光子晶体光纤作为受激布里渊增益介质,当入射载波功率为70 mW时,微波光子信号的射频增益为5.38 dB,实验结果与理论计算相吻合.     

The optimization design of tilt-Spectral fiber Bragg grating and its application in SSB modulation based Radio over Fiber system

Based on theoretical analysis and simulation software, the paper researched the performance of transmission after using tilt-Spectral fiber Bragg grating for SSB modulation in Radio over Fiber system. The study concluded that DSB signal can be converted to SSB signal by using tilt-Spectral fiber Bragg grating, and inhibit the carrier power. There are two ideal conditions for a best grating. First, one side of DSB signal will be completely filtered, while the other side remains the same power. Secondly, carrier power equals to sideband power in SSB signal, which means that carrier-to-sideband ratio is 0 dB. As the result, the best tilt-Spectral fiber Bragg grating is designed. Transmitting the SSB signal which is filtered by the best grating in optical fiber not only eliminates the phenomenon that output amplitude change with the transmission distance cyclically, it also enhances the transmission efficiency and receiver sensitivity.     

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.     

Microwave Photonic Phase Shifter Based on an Integrated Dual-polarization Dual-parallel Mach-Zehnder Modulator without Optical Filter

ABSTRACT

A frequency-doubled microwave photonic phase shifter (MPPS) without optical filter is proposed. The MPPS is based on an integrated dual-polarization dual-parallel Mach-Zehnder modulator (DP-DPMZM) and a polarization modulator (PolM). The DP-DPMZM with a 90° polarization rotator in one arm is used to generate an optical carrier suppressed double sideband (OCS-DSB) signal with orthogonal polarization, and the PolM with two modes opposite phase modulation is used to introduce the optical phase shift between the two orthogonally polarized tones. Simulations show that the MPPS can realize a continuously tunable phase shift of 360° with only one DC bias voltage, and is not sensitive to the optical carrier wavelength and microwave signal frequency since no optical filter is used.