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.     

干涉型光纤水听器相位载波调制-解调中信号混叠产生的机理及解决方案

信号混叠是制约基于相位载波调制-解调的光纤水听器系统走向应用的一个关键问题。对信号混叠产生的机理进行了详细的理论分析和仿真,结果表明,提高光源调制频率和降低探头灵敏度都无法有效解决光纤水听器实际应用中遇到的高频干扰引起的混叠问题。基于声学滤波器原理,提出了一种新颖的声低通滤波解决方案。设计并加工制作了一种简单的声低通滤波光纤水听器,在驻波罐中对其声压灵敏度频响进行了测量。实验结果表明,该光纤水听器在测量频带上具有较好的声低通滤波特性,低频声压灵敏度约为-140 dB(0 dB=1 rad/μPa),高频衰减大于20 dB,对高频干扰有较强的抑制能力。该方案十分简单经济,能从根本上有效地解决相位载波调制-解调中的信号混叠问题。     

外光注入半导体激光器实现时钟分频

从理论和实验上研究了利用光注入半导体激光器对高重复速率光脉冲产生的周期振荡和时钟分频现象.结果表明，光注入半导体激光器引起的二倍周期振荡是使注入脉冲重复频率分频的直接原因.通过耦合速率方程，数值模拟了半导体激光器在外光注入时输出光的时间序列和功率谱，并且分析了激光腔内各种周期振荡的特征.研究表明，当注入光使半导体激光器出现稳定的二倍周期振荡，且注入光的重复频率为此振荡频率的二倍时，时钟分频即可产生实验中，采用重复频率为6.32GHz的光脉冲注入Fabry-Perot激光器，实现了3.16GHz时钟分频信号 关键词： 周期振荡 时钟分频 光谱侧带 光注入     

交叉相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法

提出半导体激光器混沌交叉相位调制(XPM)光反馈提高混沌载波发射机带宽方法,建立了有外腔光纤传输反馈XPM控制下的激光动力学物理模型.理论导出XPM作用下激光双反馈频率失谐公式,指出XPM产生的非线性相移影响了激光器增益和线宽增强因子,其光纤二阶非线性效应使激光振幅和相位变化更加丰富,而非线性相移的出现进一步增加了新的频率分量并使频谱展宽.数值结果表明,XPM使激光器混沌带宽增加到4倍以上,使激光混沌张弛振荡频率增加到2.85倍,其光纤长度、入纤光功率、面镜反射系数、光纤二阶非线性系数等都能影响激光混沌带宽.     

基于双路光电反馈下光注入半导体激光器的高性能线性调频信号产生

提出了一种基于双路光电反馈下,光注入半导体激光器的高性能微波线性调频信号产生方案,并进行了实验验证.在合适的注入参数下,光注入半导体激光器可工作于单周期振荡态,生成频率由注入强度和失谐频率决定的可调谐微波信号.通过加载波形为类三角波的电压信号控制注入强度,光注入半导体激光器可生成宽带微波线性调频信号.进一步通过引入延时匹配的双路光电反馈环路,来提升光注入半导体激光器生成线性调频信号的质量:分别基于傅里叶域模式锁定原理和自注入锁定技术,引入短环光电反馈和长环光电反馈,以同时实现线性调频信号的梳齿信噪比提升和线宽窄化.在验证实验中,本方案产生了带宽为8 GHz(18—26 GHz)的线性调频信号,其梳齿信噪比达到40 dB,梳齿线宽为1 kHz.实验结果证明了本方案能够生成同时具有大带宽、高梳齿信噪比、窄线宽且相位关系稳定的高性能微波线性调频信号.     

基于半导体光放大器差分平衡控制的全光相位调制研究

不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier,SOA）由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在,使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏,影响了信号质量。为此,提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案,分析了方案原理,并实验实现了全光相位调制,消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏,完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换,提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。     

直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号

利用直接电流调制光反馈半导体激光器产生了符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于光反馈半导体激光器速率方程组, 数值分析了偏置电流、反馈强度对混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明, 混沌UWB脉冲频谱的-10 dB带宽分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增加; 中心频率分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增大.实验中, 产生了中心频率为6.6 GHz, -10 dB带宽为9.6 GHz的混沌UWB信号. 进一步, 通过调节偏置电流和反馈强度, 可实现混沌UWB信号的中心频率和-10 dB带宽的可调谐输出, 实验结果和数值分析相符合.此外, 实验产生的混沌UWB信号经过34.08 km的光纤传输后, 其频谱形状几乎没有发生变化, 表明该方法所产生的混沌UWB信号对光纤色散有较大的容忍度. 关键词： 超宽带 混沌激光 光反馈 直接调制     

外光注入半导体激光器实现重复速率可调全光时钟分频

采用Fabry-Perot半导体激光器作为全光时钟分频器件,利用光注入半导体激光器产生的非线性动力学特性,实现了光脉冲的重复速率在9.0 GHz到19.8 GHz范围内连续可调的全光时钟分频. 同时利用半导体激光器速率方程,对脉冲光注入半导体激光器产生时钟分频进行了数值模拟. 实验和模拟结果表明半导体激光器在光注入的驱动下处于一周期振荡状态,当一周期振荡的二次谐波频率接近脉冲光的重复速率时,其二次谐波和基频被脉冲光同时锁定,此时将输出频率为脉冲光重复速率一半的时钟信号. 同时研究了波长失谐量和注入光功率对 关键词： 周期振荡 时钟分频 光注入 非线性动力学     

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.     

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     

High-frequency optical signal generation in a semiconductor laser by incoherent optical feedback

This work examines the feasibility of using incoherent optical feedback to generate high-frequency optical signals in a semiconductor laser. At a roundtrip feedback distance of 30 cm, a signal appears at around 1 GHz while the laser output is kept in single longitudinal mode and single polarization. The proposed method does not use any external modulation or saturable absorber. Some of the signal's properties are discussed as well.     

Comprehensive research on self phase modulation based optical delay systems

This paper comprehensively investigates the properties of self phase modulation based optical delay systems consisting of dispersion compensation fibre and highly nonlinear fibres.It researches into the impacts of power level launched into highly nonlinear fibres,conversion wavelength,dispersion slope,modulation format and optical filter bandwidth on the overall performance of optical delay systems.The results reveal that,if the power launched into highly nonlinear fibres is fixed,the time delay generally varies linearly with the conversion wavelength,but jumps intermittently at some conversion wavelengths.However,the time delay varies semi-periodically with the power launched into highly nonlinear fibres.The dispersion slope of highly nonlinear fibres has significant influence on the time delay,especially for the negative dispersion slope.The time delay differs with modulation formats due to the different combined interaction of nonlinearity and dispersion in fibres.The bandwidth of the optical filters also greatly affects the time delay because it determines the bandwidth of the passed signal in the self phase modulation based time delay systems.The output signal quality of the overall time delay systems depends on the conversion wavelength and input power level.The optimisation of the power level and conversion wavelength to provide the best output signal quality is made at the end of this paper.     

外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究

利用外部光注入混沌激光器产生了完全符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于外部光注入光反馈半导体激光器的速率方程组,理论研究了外部及内部参量对半导体激光器输出混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明,UWB信号的-10 dB带宽随着光注入强度、注入失谐量以及线宽增强因子的增大而增大,随着激光器偏置电流的增大而减小.同时,UWB信号的中心频率在5–8 GHz范围内变化.在实验中,通过设定其他参量和调节光注入强度,得到中心频率及带宽可调谐的混沌UWB微波信号,传输速率达到500 Mbit/s.实验结果与理论分析相符合. 关键词： 半导体激光器 混沌激光 光生微波技术 超宽带信号     

Characterization of semiconductor laser frequency chirp based on signal distortion in dispersive optical fiber

In the paper, the simple method of laser chirp parameters estimation is presented. It is based on measuring time-domain distortions of chirped signal transmitted through dispersive fiber and finding laser chirp parameters by matching measured distortions to calculated ones. Experiments undertaken with 1.55 μm telecommunication grade distributed feedback (DFB) lasers and standard single-mode fiber are described, together with some practical remarks on measurement setup and main conclusions.     

信号调制下色噪声间关联的周期调制对单模激光随机共振的影响

在色噪声间的关联程度受时间周期调制的激光系统中,研究噪声受信号调制情况下的随机共振.用线性化近似的方法计算了光强关联函数及信噪比.具体讨论信噪比随噪声强度、噪声自关联时间、信号频率以及时间周期调制频率的变化关系.发现一种新的随机共振：信噪比随时间周期调制频率的变化出现周期振荡型随机共振;发现广义随机共振：信噪比随抽运噪声自关联时间的变化、随信号频率的变化出现随机共振;同时也存在典型的信噪比随噪声强度的变化而出现的随机共振.而信噪比随量子噪声自关联时间的变化表现为抑制. 关键词： 信号调制 时间周期调制 噪声间关联程度 周期振荡型随机共振     

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.