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光外差法产生微波（毫米波）信号的研究

作　者: 王沁泉
导　师: 陈福深
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 光生微波光外差平衡探测光注入锁定
分类号: TN925.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着无线通信用户对信息传输速率要求的提高,现有频段已经逐渐不能满足传输数据的要求,高达数十GHz传输频段(毫米波频段)的利用成为新要求。但是,由于毫米波信号无法实现长距离传输,将光纤通信和无线通信相结合的Radio over Fiber(ROF)技术被提出,微波副载波信号的光学生成方法是该技术的核心之一。用来生成微波信号的光学方法有很多,光外差法是其中一种方法。本文就光外差产生微波(毫米波)信号的系统展开了一系列的研究。文章介绍了光外差产生微波(毫米波)信号的原理,通过利用两个光信号之间频率差来产生微波信号。采用不同的光源个数时,构建系统的器件及原理会有一定差异。使用单光源,主要是利用光学滤波器来选取调制后的光波,滤出所需频率差对应的两个信号,将这两个信号差频;使用双光源,是直接利用两个光源之间的频率差,在光电探测器上差频,产生所需的微波信号。采用光源个数不同则选择的激光器不同,所以比较了两种常用的激光器。由于受到光学器件等因素的限制,产生的微波(毫米波)信号将根据输出激光特性的变化而变化。本文推导了激光器偏振状态变化、光信号初相位差变化、激光器强度差变化、激光器相对强度噪声等因素变化时,产生的微波信号变化的公式,利用MATLAB软件对公式推导的结果进行了仿真验证。研究了激光光谱宽度、激光器相位噪声对产生微波信号特性的影响,并模拟仿真验证推导结论。同时,说明若用于ROF系统,应考虑光纤色散的影响。为了降低系统噪声,产生特性较好的微波信号,对光外差系统做了一些改进。本文改进了探测方式,引入平衡探测技术用于“光生微波”系统,并对传统的光外差系统做了一些改进。最终采用结合平衡探测与改进后的光外差注入的技术来产生微波(毫米波)信号。建立了采用平衡探测接收端的等效噪声模型,推导了微波(毫米波)信号的信噪比公式。通过计算证明平衡探测能有效抑制激光器引起的过剩强度噪声,提高系统的信噪比,并利用OPTISYSTEM软件,搭建仿真系统进行验证。采用优化后的光外差注入系统,降低了激光器频漂产生的影响。通过主激光器注入从激光器,将从激光器锁定在主激光器的边带上,主从激光器间的频率差为微波(毫米波)信号频率。利用OPTISYSTEM软件搭建系统仿真平台,对改进后的光外差注入系统进行模拟仿真,仿真结果证明该系统产生的微波信号特性得到了较好的改善。然后将平衡探测与改进后的光外差注入相结合,说明结合的系统能抑制一些噪声,提高微波(毫米波)信号的信噪比。同时,利用OPTISYSTEM软件搭建系统仿真平台,对结合后的系统进行仿真验证,仿真结果表明产生的微波(毫米波)信号的特性得到了提高。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章绪论  13-20
  1.1 研究背景  13-15
  1.2 光生微波常用方法  15-17
    1.2.1 光倍频法  15-16
    1.2.2 谐波生成法  16-17
    1.2.3 光外差法  17
  1.3 光外差的发展  17-18
  1.4 本文的工作  18-20
第二章光外差法原理  20-33
  2.1 基本原理  20-22
  2.2 光源选择  22-25
    2.2.1 单光源  23-24
    2.2.2 双光源  24-25
  2.3 激光器选择  25-28
    2.3.1 DFB 半导体激光器  25-27
    2.3.2 单纵模光纤激光器  27-28
  2.4 光外差优化方案  28-31
  2.5 本章小结  31-33
第三章激光特性对产生微波(毫米波)信号的影响  33-48
  3.1 偏振影响  33-35
  3.2 初相位差影响  35-36
  3.3 激光器谱线宽度影响  36-40
  3.4 激光器相对强度噪声影响  40-42
  3.5 激光器输出光功率差影响  42-43
  3.6 激光器频率漂移影响  43-44
  3.7 相位噪声影响  44-45
  3.8 光纤色散影响  45-47
  3.9 本章小结  47-48
第四章光外差产生微波(毫米波)系统的优化  48-73
  4.1 探测方法改进  48-60
    4.1.1 平衡探测基础  48-49
    4.1.2 光信号耦合  49-51
    4.1.3 光外差平衡探测  51-52
    4.1.4 接收端等效噪声模型  52-56
    4.1.5 噪声理论计算与仿真分析  56-60
  4.2 光外差注入技术  60-66
    4.2.1 注入半导体激光器理论模型  60-61
    4.2.2 光外差注入原理  61-64
    4.2.3 光外差注入系统仿真  64-66
  4.3 结合平衡探测的光外差注入系统  66-70
    4.3.1 平衡探测光外差注入系统分析  66-68
    4.3.2 优化的光外差系统仿真  68-70
  4.4 长距离传输的光纤色散补偿  70-71
  4.5 本章小结  71-73
第五章全文总结及工作展望  73-75
  5.1 全文总结  73-74
  5.2 工作展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-81
攻读硕士学位期间的研究成果  81-82
个人简介  82-83

光外差法产生微波（毫米波）信号的研究

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