光纤稳相微波频率传输中相干瑞利噪声的影响与抑制

利用光纤进行相位稳定的微波频率参考的远距离分配,在深空科学研究、基础物理测量以及多基地雷达技术方面有着广泛的应用需求.研究了基于往返相位校正的光纤稳相传输理论,建立了稳相传输的理论模型,搭建了基于光电延迟锁相环的光纤稳相传输实验系统,理论分析并实验研究了相干瑞利散射噪声对系统传输相位稳定性的影响.研究发现相干瑞利散射噪声不仅直接造成远端信号信噪比恶化,并且通过锁相环路转化为系统残余相位噪声,进一步恶化远端信号的稳定性,成为影响稳相传输系统性能的主要因素.针对该问题,提出了双波长的稳相传输技术,有效地克服了相干瑞利散射噪声的影响,实现了1O GHz微波频率参考、100 km光纤稳相分发,传输至远端的相位均方根抖动(RMS-jitter)低于730 fs.     

基于微波相位补偿的56 km高精度光纤微波频率传递

报道了实验室内56 km光纤微波频率传递的实验研究,在56 km的传递距离上实现了1.8×10-15/s,4×10-18/104s的传递稳定度.系统通过环回法比较往返传递的微波信号相位获得链路上的相位扰动量,并实时控制本地发射端的微波发射信号相位实现预补偿.在环回往返传递的不同方向上,系统方案采用不同频率的微波调制信号...     

基于光学频率梳的超低噪声微波频率产生

低噪声的微波频率在雷达,长基线干涉仪等领域有重要应用.基于光学频率梳产生的微波信号的相位噪声在1 Hz频偏处低于–100 dBc/Hz,在高频(> 100 kHz)处低于–170 dBc/Hz,是目前所有的微波频率产生技术中噪声最低的.文章介绍了光学频率梳产生微波频率的基本原理,对基于光梳产生的微波频率信号的各类噪声和抑制噪声的技术进行了分析和总结.随后对低噪声的测量方法进行介绍,并展示了几种典型的微波频率产生实验装置和结果.随着光学频率梳和噪声抑制技术的不断提升,基于光梳的极低噪声微波频率源将有更广泛的应用前景和应用领域.     

基于光纤环谐振腔的高性能微波光子滤波器

为实现同时具备宽带可调谐、单透射峰、窄滤波带宽三大特征的高性能微波光子滤波器,设计了一种基于2×2光纤耦合器的环型谐振腔,推导、仿真并实际测量了该谐振腔的输出特性,最终与普通光滤波器相结合实现了高性能微波光子滤波器。实验结果表明,该光纤环谐振腔其滤波带宽可低至1.2 MHz,与普通可调谐光滤波器级联后可实现任意单透射峰的动态选择,通过相干探测链路实现了40 GHz范围内可调谐的光载射频信号。与传统非腔体微波光子滤波器相比,该方法明显降低了滤波带宽;与单一光纤环谐振腔相比,该方法能够实现任意单透射峰的动态选择。这一滤波器有望用于未来超精细光谱分析、光纤传感等领域。     

相位自校准的光纤微波频率绝对相位传递

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号,使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差,利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数个周期,并在多次重启的情况下验证了系统相位的稳定性。在60 km实验室平台上对所提方案进行验证,频率传递的稳定度优于4×10^-14@1 s,5×10^-17@10 000 s。系统多次重启的情况下,所获得的平均相位差最大不一致的峰峰值为0.008 rad,对应于整个周期的0.15%,可保证较高的相位一致性。     

基于全数控光频梳的可编程微波光子滤波器

借助全数控光频梳生成技术,提出了一种基于受激布里渊散射效应的可编程微波光子滤波方案.对该方案的原理和结构进行分析并建立了可编程滤波模型,通过实验进行验证,获得了滤波带宽0.1~1GHz范围内可调、顶部通带响应相对平坦、可重构、中心频率可在4~24GHz大范围内连续调谐的微波光子滤波器.该滤波方案与已有的模拟控制的微波光子滤波方案相比,具有全数控可编程的优良特性.     

基于相位波动远端补偿的微波频率光纤传递新方法

为研究微波信号光纤传递的性能,提出了一种对相位波动在远端进行抵消补偿的微波信号光纤传递新方法。该方法利用法拉第旋转镜将远端返回的光信号再次返射至远端,对光纤链路因温度、压力变化引入的相位波动通过远端的倍频混频电路进行抵消补偿。理论仿真与验证实验证实了该方法的有效性。在微波调制频率为1GHz,光纤链路长度为25.2km的实验中,频率传递的稳定度损失为2×10-12 s-1和6×10-17 d-1。此方法优化了本地端的结构,本地端不需要光电光转换,无需设计相位信息的精确测量与实时补偿系统,且光纤链路引入的相位扰动对长期稳定度的影响可以降低约三个数量级。     

基于光学时延补偿的50 km光纤微波频率传递

报道了利用50 km光纤实现4.38×10~(-15)@1 s和2.80×10~(-18)@65.5×10~3s稳定度的微波频率传递的实验研究.实验系统采用多普勒噪声消除技术,通过在本地端探测往返传递的微波信号相位获得链路上的相位变化信息,并实时控制光延迟调整机构进行补偿.光延迟控制采用压电陶瓷的快速拉伸和慢速光纤温控联合方式,可实现5 ns和千赫兹带宽的光延迟控制,能够实现光纤噪声的长期高精度补偿.与电相位补偿相比,光延迟补偿受微波泄露的影响相对较小,而微波泄露影响在类似系统难以避免,因此这种方式更利于获得高稳定度的频率传递.此外,系统采用变频往返传递消除光寄生反射效应,以及色散补偿光纤减小因色散引起的调制信号衰减等措施,提高了系统的技术指标.     

面向天线组阵的光载微波光纤稳定传输技术

光载微波光纤稳定传输技术解决了天线组阵中所需的延时（或相位）稳定的微波信号远距离分配难题,在多天线协同的新一代微波测量中具有不可替代的作用。本文介绍了光载微波光纤稳定传输的基本理论,分析了制约传输稳定性的关键因素,并展示了基于相位预补偿和基于光延时校正的提高传输稳定性的技术途径。通过光电双外差混频的相位检测高灵敏地感知光纤链路延时变化,并分别利用微波相位调控和光延时调控来对这一变化进行高精度的补偿,最终实现了多路时间抖动在数十fs量级的高稳定光载微波传输,为天线组阵等多天线协同微波测量中的信号级同步提供了有效的解决方案。     

基于FPGA和单片机的多路信号光纤传输系统设计

基于FPGA和单片机技术,设计了多路信号光纤传输系统,利用单片机实现了模拟数据的高精度采集和通信信号的双向传输,利用FPGA实现了多路复杂信号的处理与传输。实验证明：该系统不仅能传输多路模拟与数字信号,以及低速数字信号与高速脉冲信号,还能实现双向CAN通信。与现有光纤传输系统相比,多路信号光纤传输系统不仅实现了多路复杂信号的采集,而且使用一根光纤实现了大容量多数据的双向传输,一方面减小了产品体积,另一方面降低了产品成本。     

利用谱共轭技术补偿光纤传输信号的失真

分析了谱共轭技术用于补偿光纤色散和非线性的基本原理。通过对超高斯脉冲的数值计算表明,谱共轭技术（SPC）较时域相位共轭技术（TPC）能更好地恢复波形失真。为了弥补SPC不能补偿脉冲内拉曼散射的缺点,提出将SPC和TPC结合使用的方法。将其作用于光孤子串脉冲,不仅进一步优化了整形效果,而且还能有效抑制孤子自频移。     

光纤水听器200 km无中继传输系统噪声研究

研究了影响干涉型光纤水听器远程无中继传输系统性能的各种噪声,分析了分布式拉曼光纤放大（DFRA）与掺铒光纤放大（EDFA）混合放大方案对光放大相位噪声抑制的效果,并通过实验得到了与仿真分析一致的结果。研究了相位产生载波（PGC）调制解调对相干双重瑞利散射（DRS）噪声的抑制原理,并对不同距离的DRS噪声抑制效果进行了讨论。远程实验结果表明,PGC技术可使相干DRS噪声降低19 dB,混合放大可使光放大噪声降低7.2 dB。经噪声综合抑制后,100 km传输系统的相位噪声降至-113.2 dB(即2.2 μrad/Hz1/2),与短程系统噪声基本相当;200 km传输后噪声降至-104 dB(即6.3 μrad/Hz1/2),相比短程系统增加的部分主要为残留的DRS噪声。     

复折射率光纤传输特性分析的Davidenko方法

增益或损耗对光纤的传输特性影响很大。使用Davidenko方法对复折射率光纤的传输特性进行了分析。研究了复折射率纤芯或复折射率包层阶跃光纤,通过比较发现,使用Davidenko方法得到的解与精确解符合得很好。对于芯区为复折射介质的光纤,HE11模与LP01模增益值偏差约为0.6%;对于包层区为复折射率介质的光纤,HE11模与LP01模增益值偏差约为2%。实际研究工作中,为了得到更精确的结果,应该求解全矢量的复本征方程,尤其是包层具有增益或损耗的光纤。     

普通单模光纤传输系统的光纤光栅色散补偿研究

通过系统分析光纤光栅的耦合模理论 ,探索、优化光纤光栅的制作过程 ,研制了满足ITU T建议波长的优质光纤光栅。用双透镜和扫描移动平台结合相位掩膜板研制的光纤光栅分别成功实现了 4× 10Gb/s 4 0 0km和4× 10Gb/s 80 0km普通单模光纤传输系统的色散补偿 ,功率代价均小于 2dB ,且最佳功率代价为负值。同时对4× 10Gb/s 80 0km普通单模光纤传输系统的偏振模色散实施长时间的监测 ,系统偏振模色散小于 10 ps,提出了发展 10Gb/s的光通信系统更符合目前我国国情的见解。     

基于双芯光子晶体光纤的 低非线性宽带色散补偿光纤的设计

采用矢量光束传输法数值模拟了基于模式耦合的双芯光子晶体光纤的色散和非线性与其结构的关系。结果表明:通过在包层中移除一层空气孔以形成外纤芯并调整内外纤芯之间的距离及包层空气孔的占空比,内外纤芯间的模式耦合可以在宽带范围内发生,导致产生大负色散。同时,由于光场分布在两个纤芯内,增大了模场面积,产生低非线性,可以实现低非线性宽带色散补偿。     

取样布拉格光纤光栅的传输矩阵

根据在一般坐标系下均匀布拉格光纤光栅的传输矩阵,得到了取样布拉格光纤光栅的传输矩阵。利用傅里叶变换得到了取样布拉格光纤光栅的谐振方程。结果表明,在不考虑平均折射率变化的情况下,谐振峰的位置是由光栅的周期和取样周期共同确定的,与取样时的占空比、光栅长度和耦合系数没有关系。类似于物理光栅,取样布拉格光纤光栅也存在缺级现象,给出了出现缺级的条件。     

多路音频信号的数字化光纤传输系统

在信息传输的各个领域中，光纤作为传输信号媒介的应用得以迅速发展。光纤的音频多路数字化传输也是光纤领域目前开发的热点课题之一，它充分利用光纤本身所具有的各种特点，使音频信号的传输更有效、更可靠。本文利用串行信号的时分复用技术，完成了多路音频数字化信号的光纤传输。提出信号传输中,数据信号和控制信号的复用及解复用解决方法。     

泵浦光和信号光之间的相位漂移对级联PSA光传输系统传输性能影响的研究

本文研究相敏光放大器(PSA)中泵浦光相位不能完全跟踪信号光相位时,即两者之间存在相位漂移时,对以PSA作为光中继放大器的高速光纤通信系统传输性能的影响.通过计算机系统仿真,我们得到在不同的相位漂移下,高速信号脉冲眼图劣化度随光纤色散变化的曲线,以及不同传输速率下信号眼图劣化度随放大器相位漂移量变化的曲线.由仿真结果可知,如相位漂移控制在一定范围内,其对系统性能几乎没有影响.但超出此范围时,则系统性能迅速劣化.     

多路串行数据光纤传输系统

提出一种适合于点-点或小局域间的中、长距离光纤(缆)传输系统。系统采用光纤(缆)作为传输媒介,因而具有抗电磁和核辐射等干扰能力,可应用于某些特殊的人工不宜到达的地理位置环境中;系统同时采用了单片机作串行数据的发射和接收,具有结构简单、可靠性高、数据处理能力强和串行波特率设置灵活等特点,能适应不同串行传输速率的需求,满足军用和民用的中、长距离的遥控及监控传输需求,应用前景广阔。