140 GHz回旋管高转换效率准光模式变换器设计研究（英文）

成功实现高转换效率的140 GHz TE22,6准光模式变换器原型设计。基于周期微扰原理设计Denisov辐射器,实现低边缘绕射的初级出射波束。针对三镜面光路系统,采用全矢物理光学积分作为主要计算手段,围绕主极化场分量进行三级相位修正面迭代优化,实现高出射高斯纯度的模式场转换,其中一级镜的修正有效改善了辐射器出射的不理想性。基于全矢数值仿真确认,相比原二次曲面原型设计,相位修正后的变换器系统的出射高斯纯度从92.7%提高到99.6%,结合98.8%以上的功率传递效率,实现了性能优越的高阶回旋管准光模式变换器原型设计。     

基于FPGA的Multi-h CPM高速解调系统设计与实现

多指数连续相位调制(Multi-h Continuous Phase Modulation,Multi-h CPM)作为一种高效的调制方式,具有良好的频谱效率和抗干扰能力,在卫星通信领域有着广泛的应用价值。但是Multi-h CPM的解调算法计算复杂度较高,为了实现高速数据传输能力,需要较高的硬件资源开销。因此基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)平台的高并行度数据处理能力,设计了一种Multi-h CPM高速解调系统,采用了软输出维特比算法(Soft Output Viterbi Algorithm,SOVA)实现了Multi-h CPM信号解调,并通过早迟门和升降频门实现了时频同步功能。为了降低算法的计算复杂度,本系统引入了倾斜相位(Tilted Phase,TP)算法和频率脉冲响应截断(Frequency Pulse Truncation,FPT)算法减少了Viterbi过程的网格状态数,降低了系统的资源开销。通过仿真和实际测试,验证了所提出的解调系统的有效性,并表明该系统具有良好的解调性能和系统稳定性。     

多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤中的轨道角动量演化

轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的引入丰富了光通信领域内的调制维度,为寻找更高效快捷的通信方式提供了新思路,相较于传统携带涡旋相位的涡旋光束,部分相干扭曲光束携带的OAM性质更为复杂。本文针对椭圆多高斯关联扭曲光束在梯度折射率(gradient-index, GRIN)光纤中的OAM传输,基于GRIN光纤的ABCD光学传输矩阵,着重分析了多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤传输的OAM的传输演化特性。研究结果表明,光束的光强、OAM通量密度以及归一化OAM通量密度在光纤传输过程中均呈现周期性变化,通过对关联结构以及扭曲因子的调控不仅可以改变光束OAM通量密度的分布,还可以调控单光子携带OAM的大小。本文的研究有助于丰富扭曲部分相干光束在GRIN光纤中传输的理论结果,在光纤通信中具有潜在的应用前景。     

频率相位联合编码的低截获雷达波形优化设计方法

针对线性调频、相位编码等常规雷达信号易于被截获、分选、识别以及复制的突出问题,提出一种基于频率相位联合编码的雷达波形。首先,构建频率相位编码波形模型,分析模型的模糊函数;其次,针对连续相位编码序列,提出自相关峰值旁瓣和互相关积分旁瓣均衡的连续相位编码序列优化方法;最后,通过数值仿真定量分析了频率相位联合编码信号的自相关性、互相关性,验证了其标探测性能和信号低截获性能。     

大气信道下窄线宽激光器对相干通信系统性能影响研究

在空间下行相干激光通信系统中,激光器的线宽大小会影响通信系统的性能,而窄线宽激光器能有效降低激光器线宽引起的激光器相位噪声,目前已经成为相干激光通信系统的首选。光信号在大气信道传输时,大气湍流会引起光信号强度和相位的波动,从而进一步影响系统的通信性能。针对上述问题,基于四相移键控(Quadri Phase Shift Keying, QPSK)通信系统的工作原理,进一步考虑窄线宽激光器线宽和大气湍流引起的光信号强度和相位的波动,给出了空间下行QPSK通信系统误码率模型。并基于该模型,数值仿真分析了窄线宽激光器对空间下行相干激光通信系统性能的影响。结果表明：大气湍流不仅严重影响系统性能,也会弱化激光器线宽对系统性能的影响。而对于大气湍流影响而言,其引起的相位波动要大于光强波动的影响。此外,随着通信速率增大,激光器线宽对于系统性能影响也会随之降低。文中对于空间下行相干激光通信系统的优化设计和调试具有一定的实际参考意义。     

相位调制微波光传输链路特性分析（特邀）

常规的微波光子系统采用强度调制方式实现微波信号的电光转换,由于调制器采用马赫-曾德尔干涉结构(MZI),系统性能不仅受到自身正弦响应特性的制约,而且需要进行偏置点控制,因此存在动态范围受限、系统控制复杂以及3 dB固有损耗带来的效率不足的问题,而采用相位调制可避免该问题。围绕相位调制光传输链路,为了完成相位调制信号的光电解调,文章提出采用薄膜滤波器通过边带抑制与边带选通两种方式实现相位调制到强度调制的转换,并分析了链路射频性能与器件参数之间的映射关系。实测对比了相位调制与常规强度调制链路之间的传输特性,通过分析可知,在相同链路配置条件下,相位调制链路具有更高的传输效率,而且光滤波带来的均衡作用,使得相位调制链路的3 dB带宽比强度调制链路大两倍。     

一种多相延迟锁相环的自校准方案

芯片间数据传输速率的不断提高,导致系统对时钟信号的要求越来越高.延迟锁相环在各种高速通信系统中提供多相位时钟,其相位精度直接影响到数据的误比特率.然而,因鉴相器器件失配引起的相位误差问题在时钟频率提高的同时愈发明显.针对一种基于OTA的延迟锁相环电路鉴相器失配问题,提出了一种环路自校准方案,同时给出校准电路的Verilog-A行为级模型.当鉴相器中两个或门电路之间存在失配误差时,将会在OTA输入端以失调电压的形式引起输出相位偏移;校准电路能够对该失调电压实现检测与计算,并补偿至环路中,使得理想反馈时钟条件下,OTA输入端电压保持相同,压控延迟线延时不再改变,最终能够有效减小因鉴相器失配引起的输出时钟相位误差.基于TSMC 40nm CMOS工艺完成了4相DLL电路的设计,其工作频率范围能够达到10 GHz~12 GHz;联合校准电路模型,通过电路-模型混合仿真结果显示:校准前后,输出时钟相位误差均方值从300fs降低至30fs.     

“轨道角动量:从经典光学到量子信息”专辑前言北大核心CSCD

光子既是经典信息也是量子信息的理想载体。单个光子不仅可以携带自旋角动量,还可以携带轨道角动量。自旋角动量的研究历史比较悠久,早在1909年, Poynting就将宏观上光波的圆偏振态和微观上单个光子的自旋角动量联系起来。但直到1992年,荷兰Leidon大学的Allen等才在理论上确认光子也可以携带另外一种形式的角动量――轨道角动量,它来源于光波的螺旋相位。     

轨道角动量光束非线性转换研究进展北大核心CSCD

轨道角动量(OAM)是光的一个重要的自由度。由于携带OAM的光束具有特殊的强度相位分布以及力学效应,使得此类光束在高速光通信、测量、成像、光镊和量子信息中具有广泛的应用。关于OAM光束在准相位匹配晶体(QPM)中的频率变换研究,一方面可以研究OAM光束参与非线性相互作用时与高斯光束不同的物理机制;另一方面,非线性过程提供了多种有效的光场调控手段,可以实现携带OAM光场不同自由度的精细调控,为满足不同的光学应用奠定基础。综述了近十年来OAM光束在QPM晶体中的非线性转换研究主要进展,具体包括:非线性过程中OAM光束的守恒、传输、演化和干涉行为研究,高效率的OAM激光和单光子态频率转换研究,OAM频率转换效率模式非依赖性研究,矢量光束的频率转换研究,以及无后向选择的高维OAM纠缠态的制备研究。最后讨论和展望了OAM在QPM晶体中频率转换方面的未来研究趋势。     

迈克尔逊干涉仪在相位相干成像测量系统中的应用

传统4f相位相干成像测量技术中,利用相位物体使测量材料产生的相位变化转换为可直接观察的振幅变化,实现材料光学非线性折射率的测量。然而相位物体的厚度是固定不变的,相位延迟会随激光波长的改变而改变,测量中需要更换合适的相位物体。理论分析了不同激光波长对相位物体相移大小的影响,详细讨论了不同形状光束下相位物体的半径和相移的大小对4f相位相干成像系统灵敏度的影响。利用了迈克尔逊干涉仪中两束光的相位延迟替代传统相位物体的功能,实现了一种相位可调的相位物体。因为迈克尔逊干涉仪两束光的相位延迟连续可调,使得在不同形状光束及不同波长激光下的测量灵敏度达到最优。该方法进一步完善了4f相位相干成像测量技术,不仅解决了传统相位物体的不足,而且提高了系统测量的精度。