强非局域介质中高斯型损耗空间光孤子

 利用变分法研究了1+1维傍轴高斯光束在含有小损耗的强非局域非线性介质中的传输特性，得到了光束各参量的演化方程、束宽的演化规律和一个临界功率。在介质损耗足够小的前提下，当光束初始功率等于临界功率时，得到了一个束宽随传输距离缓慢展宽的准空间光孤子——损耗空间光孤子；当光束初始功率小于临界功率时，光束束宽则按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数作准周期展宽变化；当光束初始功率大于临界功率时，光束束宽将从按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数作准周期压缩变化过渡到按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数准周期展宽变化。     

基于可调光延迟线的光子学微波频率测量

提出了一种基于可调光延迟线的光子学微波频率测量方法.经同一微波信号调制的两个不同波长光载波在经过一段可调色散介质传输后,解调输出两路具有不同相位的微波信号,得到的相干微波功率随着色散量的改变出现周期性变化,由此周期可得到输入微波频率值.采用由8个磁光开关和1.6 km单模光纤构成的7-bit光纤延迟线实现色散量的调节....     

任意分配比的微波功率分配器

圆波导中TE11模式波的电场在波导壁上随角度按正弦(或余弦)变化.如果在其侧壁上沿径向接两根互相垂直的波导,波导绕轴转动时两根波导中所分配的功率将随旋转角度而变化.这样就可以设计出任意分配比的微波功率分配器.通过HFSS的模拟计算完成了该功分器的设计,同时设计了一个新型的圆波导TE11模式转换器.     

基于次谐波调制光注入半导体激光器获取窄线宽微波信号的实验研究

实验研究了处于单周期振荡的光注入半导体激光器在频率等于单周期振荡频率一半的1/2次谐波调制下所产生的微波信号的特性.实验结果显示:在合适的注入条件下,处于单周期(P1)振荡的光注入半导体激光器可输出频率可达26.5 GHz、光谱具有单边带结构的光生微波信号,但微波信号的线宽比较宽(MHz量级);通过采用频率为单周期振荡频率一半的次谐波信号调制光注入半导体激光器,可将微波线宽从十几MHz压缩到几十k Hz.进一步分析了次谐波调制信号的功率以及频率对微波信号的相位噪声的影响,并在由次谐波调制信号的功率和频率构成的参数空间绘制出了能实现次谐波频率锁定的分布区域.     

同轴电缆头和转接头HPM击穿现象初步分析

介绍了同轴电缆头和转接头的HPM击穿实验研究方法,给出了几种电缆头和转接头微波击穿功率随微波频率、脉冲宽度、重复频率和脉冲持续时间变化规律的实验研究结果。结果表明:微波击穿发生在同轴电缆头连接处,是电缆接头沿面滑闪,且击穿功率随同轴电缆及转接头尺寸的减小而降低;击穿功率也随微波脉冲宽度（30 ns～1 μs）的增大而减小,并且在100 ns附近有一拐点;在低重复频率（1～1000 Hz）下,重频对击穿功率的影响不大;微波频率在2.856～9.37 GHz变化时,微波频率对击穿功率的影响不明显;微波脉冲宽度较窄时（几十ns以下）,击穿功率随持续时间变化不大,脉冲宽度较宽时（百ns以上）,击穿阈值随持续时间的增大而下降。     

基于椭圆偏振光注入垂直腔表面发射激光器的正交偏振模式单周期振荡产生两路光子微波

提出了基于椭圆偏振光注入下垂直腔表面发射激光器(VCSEL)输出的正交偏振模式单周期(P1)振荡来同时获取两路光子微波的实现方案, 并进行了相关仿真研究. 结果表明: 在合适的参数条件下, 一个自由运行的VCSEL(定义为主VCSEL, M-VCSEL)可输出椭圆偏振光, 其X偏振分量和Y 偏振分量具有相同的激射频率; 将M-VCSEL输出的椭圆偏振光注入到另外一个VCSEL(定义为副VCSEL, S-VCSEL), 在给定主副VCSEL间频率失谐的条件下, 通过选择合适的注入强度可使S-VCSEL 中两个偏振分量均呈现单周期(P1)振荡, 从而可获得两正交的光子微波信号; 随着注入强度的增加, 光子微波的频率以及功率均呈现增加的趋势; 结合微波频率、功率以及输出光谱中第一边带和第二边带的幅度差在由注入强度和频率失谐所构成参数空间下的分布图, 可确定获取高品质微波信号的优化注入参数范围.     

圆柱形等离子体对微波散射的数值模拟与实验研究

模拟和实验研究了非均匀圆柱形等离子体及阵列对微波的散射作用。利用有限时域差分(FDTD)方法仿真得到了等离子体柱的密度、碰撞频率对微波传播系数的影响,并利用低气压放电产生的等离子体柱对微波的吸收和散射作用进行了验证。结果表明:电子密度中心高、周围低的非均匀等离子体柱可将微波散射至两个侧向;等离子体频率越大,散射的微波功率越强;增加碰撞频率使等离子体柱的微波散射功率减小、吸收增大。等离子体必须具有合适的密度,才能对微波反射产生较大影响。     

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。     

强非局域介质中椭圆厄米高斯损耗光孤子

用变分法研究了强非局域非线性小损耗介质中椭圆厄米高斯光束的传输特性。得到光束各参量在传输过程中的演化方程和束宽的演化规律,当输入功率等于临界功率时,在传输距离不是很远时,可得到椭圆厄米高斯损耗光孤子。随着传输距离的增大,光束束宽缓慢展宽.当初始输入功率大于或小于临界功率时,光束束宽将会按照准正弦和准余弦函数规律作准周期性展宽。     

光纤通信系统中色散与自相位调制作用下的频域传递函数

由基本物理过程出发,导出了数字或模拟强度调制光通信系统中,包含光纤损耗,色散和自相位调制综合作用下的光功率频域传递函数,由此得到了任意功率波形在传输过程中的演化表达式及各项的物理意义,结果表明,自相位调制导致的功率变化在低频部分与调制频率的平方成正比,在高频部分则与调制频率的平方的正弦成正比。解析公式与数值模拟结果在小调制信号下相符得很好,特别适用于计算非线性效应对系统噪声的影响以及诸如双边带和单边带微波调制光通信系统等情况;在诸如非归零码的大调制信号下,本文公式仍能正确地表示传输后的波形,对系统设计和分析有指导意义。     

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.     

光子型远程分布式微波信号接收码元速率估计

基于光子学技术,设计了一种针对远程分布式微波信号接收的码元速率估计方案。首先,远程终端将接收的微波信号经电光调制器对连续激光源进行载波抑制双边带调制,生成携带微波信号的两个光边带信号;此光信号经光纤链路传输至中心站在光域滤除其中一个边带;其次,进行光电探测,通过分析电频谱的谐波实现微波信号码元速率估计。针对此方案,搭建仿真及实验系统装置:仿真成功地从60 GHz微波信号中提取出0.8 GBaud和6 GBaud的二进制伪随机码(PRBS)信号码元速率、从25 GHz微波信号中提取出3GBaud的PRBS码元速率;实验成功地从25 GHz的微波信号中提取出3 GBaud和5 GBaud的PRBS码元速率。     

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。     

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.     

Electro-optomechanical cooperative cooling of nanomechanical oscillator beyond resolved sideband regime

We propose a ground-state cooling scheme for a nanomechanical oscillator(NMO)that interacts with an optical cavity via radiation pressure at one side and with a superconducting microwave cavity via a capacitor at the other side.By driving these two cavities on their respective red sidebands with extra laser and microwave fields,the NMO’s dual cooling channel is created through electro-optomechanical cooperation.Differing from the conventional optomechanical system with a single optical cavity wherein ground-state cooling is limited in the resolved sideband,the proposed scheme allows the optical cavity to function in an unresolved sideband regime under the cooperation of a microwave cavity with a high quality factor,or vice versa.In a weak coupling regime we demonstrate that the NMO can be cooled to near its ground-state from a finite temperature with a cooling rate that is significantly faster than that of the single-cavity optomechanical system.The heating process can be completely suppressed by the cooperation of the dual cooling channel by appropriately selecting the system’s parameters.With a decreasing thermal phonon number,the numerical results of final mechanical occupancy gradually approach the analytical cooling limit.     

基于光电负反馈的光注入1550nm垂直腔面发射激光器产生窄线宽微波信号

基于1 550nm垂直腔面发射激光器在平行偏振光注入下呈现的单周期非线性动力学状态,进一步引入光电负反馈,得到了高质量的微波信号.实验研究结果表明:平行偏振光注入下,通过调节注入光的注入强度及频率,1 550nm垂直腔面发射激光器可呈现注入锁定、单周期、倍周期、混沌等多种非线性动力学状态;在合适的注入参量下,平行偏振光注入1 550nm垂直腔面发射激光器可产生光谱具有单边带结构、频率超过10GHz的光子微波信号,但该微波信号的线宽较宽(达MHz量级);进一步引入光电负反馈后,通过选取合适的光电反馈强度,可将该微波信号的线宽减小至一百多kHz(减小两个量级以上);在选择优化的反馈强度条件下,仅通过简单调节注入光强度,可实现窄线宽光子微波信号的频率在一定范围内连续可调谐.     

Controllable optical response in hybrid opto-electromechanical systems

We theoretically investigate the analog of electromagnetically induced absorption and parametric amplification in a hybrid opto-electromechanical system consisting of an optical cavity and a microwave cavity coupled to a common mechanical resonator. When the two cavity modes are driven by two pump fields, a weak probe beam is applied to the optical cavity to monitor the optical response of the hybrid system, which can be effectively controlled by adjusting the frequency and power of the two pump fields. We find that the analog of electromagnetically induced absorption and parametric amplification can appear in the probe transmission spectrum when one cavity is pumped on its red sideband and another is pumped on its blue sideband. These phenomena can find potential applications in optical switching and signal amplification in the quantum information process.     

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.