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利用半导体激光器产生超宽带微波信号

作　者: 郑建宇
导　师: 王云才
学　校: 太原理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 超宽带(UWB) 微波光子学超宽带光载无线电非线性动力学光生超宽带微波
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为微波光子学研究内容之一,光生超宽带(UWB)微波技术引起了国内外科研机构的广泛关注。由于将微波信号直接在光域进行处理,可有效避开电子瓶颈限制,光生UWB微波技术被认为是产生任意波形UWB高频(如：10-60 GHz)信号的最直接和有效的方式。不仅如此,此技术可与光载无线电(ROF)链路相结合,进行信号的传输和分配,进而弥补UWB信号覆盖半径过短的先天缺陷。本文对光生UWB信号及其频谱控制技术展开研究,主要研究工作包括如下几方面：第一,通过对现存光生UWB信号技术方案的比较和分析,我们发现,无论是光生基带UWB信号还是光生毫米波带UWB信号,都需要高频电器件的参与,这无疑增加了装置成本和复杂度。另外,基于高斯脉冲成型理论的光生UWB信号技术方案难于对信号频谱特性进行控制,这限制了该类方案在复杂环境中的应用,也阻碍了新兴无线通信技术的融合和演进。第二,我们提出并论证了一种基于半导体激光器混沌动力学特性的光生UWB微波方案,通过调谐光反馈半导体激光器的偏置电流和反馈强度,输出的UWB脉冲频谱特性可以得到控制。实验结果与基于速率方程的仿真结果很好的相符。进而,通过外光注入此混沌光源,在调节注入失谐量的情况下,我们实验获得了符合美国联邦通信委员会(FCC)室内频谱掩蔽的UWB信号以及与无线局域网(Wi-Fi)无频谱重叠的UWB信号输出。第三,我们首次关注了UWB光载无线电与感知无线电的技术融合。提出并实验验证了基于光注入半导体激光器的单倍周期状态的光生UWB微波方案。实现了10-km光纤的光子学UWB信号的传输。通过调谐注入强度和从激光器的波长,生成的UWB信号的中心频率可实现大范围可调谐。同时,UWB信号的频率梳间隔可通过注入光脉冲频率控制。由于灵活的频率转换可为动态频谱接入技术提供保证,因此,上述发现有望在感知UWB光载无线电系统中广泛应用。最后,我们总结了研究结果,并对未来可能实施的研究内容进行了讨论。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
Content  7-9
Chapter 1 Introduction  9-19
  1.1 The overview of Microwave Photonics  9-10
  1.2 The background and progress of Radio over Fiber  10-15
    1.2.1 Wireless communication systems  10-13
    1.2.2 Conception of Radio over Fiber  13-15
  1.3 Semiconductor laser dynamics and its applications  15-17
  1.4 Organization of thesis  17-19
Chapter 2 Evolution of photonic Ultra-wide band(UWB)signals generation  19-35
  2.1 UWB signals and its applications in communication engineering  19-23
    2.1.1 Definition & characteristics of UWB signals  19-20
    2.1.2 UWB applications and related communication standards  20-23
  2.2 Cognitive UWB radio evolution  23-26
    2.2.1 Cognitive radio(CR)  23-25
    2.2.2 Complementation of CR and UWB technology  25-26
  2.3 Principle of Chaotic-UWB  26-29
  2.4 Disadvantages of UWB radio  29-30
  2.5 UWB over fiber & optical generation of UWB signals  30-35
    2.5.1 UWB over fiber system  30-31
    2.5.2 Comparison of existing programs for optical UWB generation  31-35
Chapter 3 UWB signals generation based on chaos state of laser diode  35-47
  3.1 Introduction  35-36
  3.2 Theoretical model and simulation results  36-40
    3.2.1 Theoretical model  36-37
    3.2.2 Simulation results  37-40
  3.3 Experimental setup and results  40-44
    3.3.1 Experimental setup  40-41
    3.3.2 Experiment results  41-44
  3.4 Chapter summary  44-47
Chapter 4 UWB signals generation based on period-one state of laser diode  47-57
  4.1 Introduction  47-48
  4.2 Experimental setup  48-49
  4.3 Results analysis  49-56
    4.3.1 Period-one oscillation  49-50
    4.3.2 Baseband UWB frequency comb generation  50-54
    4.3.3 Adjustment of UWB signals' center frequency  54-56
  4.4 Chapter summary  56-57
Chapter 5 Conclusions and Recommendations  57-61
  5.1 Conclusions  57-58
  5.2 Recommendations and future research directions  58-61
Reference  61-71
Acknowledgement  71-73
List of Publications  73

利用半导体激光器产生超宽带微波信号

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