基于注入锁定和时域综合的倍频三角波产生技术

提出并验证了一种利用载波抑制调制和半导体激光器注入锁定相结合的倍频三角波产生方案。方案中激光器发出的连续光经正弦信号驱动的马赫-曾德尔调制器进行抑制载波调制后分为两路,一路保持不变,另一路注入分布反馈激光器锁定放大调制光的高阶谐波分量,获得六倍频信号。两路信号经相位和功率比控制,合路后在光电探测器中叠加产生二倍频的三角波信号。实验利用频率为3GHz和4GHz的正弦调制信号产生了6GHz和8GHz的二倍频全占空三角波信号。理论分析和实验结果均证明了此方案的可行性,避免了复杂的谱线操作,所提方案更加简单高效,在高重复频率三角波产生方面有显著优势。     

时分副载波半导体DFB激光多路波长锁定器

我们研制成功8路时分副载波半导体DFB激光器波长锁定器.用1kHz正弦时分电信号,分别对8个1.55μm波段的DFB激光器进行1％的幅度调制,每个DFB激光2％的光信号分成两路,一路通过自由光谱区为100 GHz的F-P标准具,另一路作参考光,两路的光电差分信号反馈控制DFB激光器的温度,使每个DFB激光器锁定在各自所需的波长上.测试结果表明波长锁定的激光频率间隔100 GHz,波长锁定精度优于±2.5GHz。该方法同样适用于50GHz频率间隔和更多路的波长锁定.本文着重介绍该锁定器的光电信号处理和控制方法.     

基于直流光注入直调DFB-LD的可调光毫米波信号产生技术

提出了一种基于直流光注入直接调制分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)的载波可调的光毫米波生成方案,利用直接调制DFB-LD的输出瞬态波长随驱动电流增大而蓝移的特点,将直流光注入至直调DFB-LD的0码波长附近注入锁定。锁定的直调激光器在1码时输出的蓝移波长与原注入波长相位相干,再通过光电探测器将拍频信号转换为调制的光毫米波信号。实验重点讨论了40GHz光毫米波的产生,同时完成了30、40、50和60GHz光毫米波的可调谐性实验。本文的方案结构简单,无需外调制器和微波本振,载波可调并可产生高至60GHz光毫米波信号,可作为光/无线混合接入中成本节省的光上变频方案。     

新型无本振毫米波光纤无线通信上变频系统

基于低速信号注入法-珀(FP)激光器可实现无微波本振光纤无线通信(RoF)上变频技术,但是得到的微波本振频率受到FP激光器中四波混频效率的限制,难以直接实现毫米波载波的RoF上变频。在注入锁定FP激光器的基础上提出了一种新型的、低成本的在光域直接产生毫米波载波的RoF上变频方案。由于注入锁定FP激光器过程中的动态载流子特性,上变频得到的载波信号带有正啁啾,故可用负色散介质对载波信号进行脉冲压缩,从而增强高阶谐波分量以完成毫米波载波的无本振RoF上变频。实验中采用2 Gb/s非归零码注入实现了载波为13.9 GHz,用2.5 Gb/s注入实现了载波分别为13.9 GHz和15.4 GHz的RoF上变频,并采用上述方案分别实现27.8 GHz和30.8 GHz的倍频载波分量的增强。进一步实验验证了用本方案实现载波频率约60 GHz可调谐毫米波的无本振RoF上变频的可行性。     

基于FP-LD实现副载波信号产生

采用一种基于法布里-珀罗腔激光二极管(FP-LD)的副载波信号的产生方案,此方案主要包括一个FP-LD和一个电光相位调制器(PM)。首先利用可调谐激光器、电光PM及微波源产生光正弦相位调制信号,将该信号注入到FP-LD中,通过FP-LD的注入锁定将该信号转换为副载波信号。在实验中,分别以2、3、4和5 GHz的调制频率注入到FP-LD中,相应得到22、21、24和25 GHz的副载波信号。     

基于光相位锁定的载波可变光的毫米波产生技术

提出和实现了一种新型适用于光/无线混合接入的光子载微波产生方案.该方案利用直接调制分布反馈式半导体激光器可以产生宽谱信号的特点,将较低频率正弦信号直接调制半导体激光器,在半导体激光器中进行频谱展宽,然后把宽谱信号注入到多个半导体激光器中进行相位锁定从而作为相干锁定光源.用上述光源在不同波长加载不同信号进行传输,在接收端使用不同通带特性的光学滤波器对信号进行处理,可以选择接收基带信号、光子微波时钟信号、上行光源或不同载波频率的光子微波调制信号.作为验证,分别完成了2.5 Gbps基带信号、20 GHz和40 GHz光副载波调制信号的产生与接收.因为受限于试验条件,只进行了原理验证,但该系统理论上可集成波导设计,无需高频调制器件,并可生成更高载频光子微波信号,有利于未来的光/无线混合接入和超密集波分复用系统.     

1.06μm注入锁定增益开关半导体激光器特性分析与功率放大研究

报道了1.06 m增益开关半导体激光器的详细特性分析和功率放大研究。用高频正弦信号调制中心波长1.06 m的F-P腔半导体激光器得到脉宽约为100 ps、平均功率约为20 mW,重频从500 MHz到2 GHz连续可调的稳定短脉冲激光输出。采用注入锁定改善增益开关半导体激光器的输出特性。研究和分析了调制信号的频率、功率和偏置电流的大小以及注入锁定的功率、温度对激光器输出特性的影响。将该激光器作为种子,用108 W的抽运光进行两级全光纤功率放大得到了82 W的高功率输出,光光转换效率达到76%。     

用于产生微波信号的分布反馈激光器与Y形波导单片集成器件的研究

设计并制作了一种在Y形波导的两个分支上集成分布反馈(distributed feedback,DFB)激光器的单片集成器件.DFB激光器的布拉格光栅一次曝光形成,具有相同的光栅周期.当注入电流分别单独加载到两段DFB激光器之上时,从Y形波导端输出光波长在1565nm附近,边模抑制比大于30dB.当大于阈值且相差大于20mA的两个电流同时加载到两段DFB激光器上时,从Y形波导端输出的光谱具有双模分布,双模频率的差值可以拍频产生微波频段的信号.通过调节两段DFB的注入电流,微波信号的频率可以在13～42GHz之间快速连续调谐.这种基于Y形波导的两段DFB并联的拍频光源比传统的双段级联DFB器件有较好的光学和电学隔离,可以作为光学拍频源的一种新的实现方法.     

用于产生微波信号的分布反馈激光器与Y形波导单片集成器件的研究

设计并制作了一种在Y形波导的两个分支上集成分布反馈(distributed feedback,DFB)激光器的单片集成器件.DFB激光器的布拉格光栅一次曝光形成,具有相同的光栅周期.当注入电流分别单独加载到两段DFB激光器之上时,从Y形波导端输出光波长在1565nm附近,边模抑制比大于30dB.当大于阈值且相差大于20mA的两个电流同时加载到两段DFB激光器上时,从Y形波导端输出的光谱具有双模分布,双模频率的差值可以拍频产生微波频段的信号.通过调节两段DFB的注入电流,微波信号的频率可以在13～42GHz之间快速连续调谐.这种基于Y形波导的两段DFB并联的拍频光源比传统的双段级联DFB器件有较好的光学和电学隔离,可以作为光学拍频源的一种新的实现方法.     

DFB激光器的高稳定宽带锁频方案设计和实现

提出了一种可用于两台半导体分布反馈(DFB)激光器的高稳定宽带锁频方案,高稳定光频锁定范围可覆盖50MHz至11GHz.通过测量和计算得出两台DFB激光器的光频差与目标频率之间的误差,然后基于比例-积分-微分(PID)控制算法反馈控制其中一台DFB激光器的温度和电流,分别粗调和微调其输出光频率,最终实现两台激光器的光频差锁定.实验结果表明,在连续工作2小时内宽带锁频稳定度的均方根误差优于5MHz,接近理论极限.     

Widely frequency tunable amplified feedback laser as 20 GHz optical microwave source

Optical microwave sources are required in optical signal processing. Amplified feedback laser (AFL) which can generate high frequency self-pulsation due to compound cavity modes beating are used as optical microwave sources. In this paper, we fabricate a four-section AFL consisted of a different distribute feedback (DFB) section, a phase control section, an amplifier section, and a transparent section. This AFL generate continuously tunable microwave in the range 19.87–26.30 GHz with 3 dB linewidth about 3 MHz. Microwave with narrow linewidth is obtained by injecting quarter frequency modulated light experimentally.     

基于相位调制器的宽带窄线宽的线性调频激光源的产生

提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号,窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明:当光滤波器保留正二阶调频激光信号时,获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时,测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单,易于实现,并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。     

基于级联调制器和四波混频效应的24倍频微波信号的光学生成

提出了一种基于级联马赫-曾德尔调制器 (MZM)和半导体光放大器(SOA)的24倍频微波信号 光学生成方案,具有覆盖频段高、杂波抑制效果好等优点。在本方案中,低频微波信号分别 通过两个级联 MZM对连续光源进行调制,调节直流偏置使两个MZM均工作在最大偏置点,以抑制奇数阶光分 量;进一 步调节两个MZM的调制深度,并结合可调谐电相移器(TEPS)和可调谐光相移器(TOPS)引入相 移,完全抑 制第2个MZM输出的±2阶光分量和光载波,得到±4阶光分量;再经过SOA发生四波混频(FWM )效应,形成±12 阶光分量;滤波后拍频可以获得24倍频微波信号。最后,搭建了实验和仿真系统,分别以11．0GHz,11.5GHz和12.0GHz的微波信号为驱动,得到间隔为264、276GH z和288GHz的±12阶光边带,有效验证了方案的可行性。     

Microwave Frequency Division and Multiplication Using an Optically Injected Semiconductor Laser

Nonlinear dynamics of semiconductor lasers is applied for microwave frequency division. Optical injection is used to drive a slave laser into the dynamical period-two state. A fundamental microwave frequency and its subharmonic are generated in the power spectrum. Both frequencies will be simultaneously locked when an external microwave near either frequency is applied on the bias. In our experiment, precise microwave frequency division is demonstrated by modulating the laser at the fundamental of 18.56 GHz. A locked subharmonic at 9.28 GHz with a low phase variance of 0.007$hbox rad^2$is obtained from a 10-dBm input. A large locking range of 0.61 GHz is measured under a 4-dBm modulation. Similarly, precise frequency multiplication is demonstrated by modulating at 9.65 GHz. At an input power of$-$5 dBm, a multiplied signal at 19.30 GHz is obtained with a phase variance of 0.027$hbox rad^2$and a locking range of 0.22 GHz.     

归零码信号注入FP-LD实现无本振光子上变频系统

提出了一种低速率归零码（RZ-OOK）信号注入法布里-珀罗腔激光二极管（FP-LD）的无本振光子上变频系统。利用外部注入信号光对FP-LD的一个自由振荡模式进行锁定从而得到一个微波的高频振荡,基于注入锁定机理进行了上变频原理分析,并通过实验方式验证了方案的可行性。实验中,2 Gb/s的RZ-OOK信号分别被上变频到12 GHz、14.28 GHz成为副载波信号。     

Generation and distribution of a wide-band continuously tunable millimeter-wave signal with an optical external modulation technique

A new technique to generate and distribute a wide-band continuously tunable millimeter-wave signal using an optical external modulator and a wavelength-fixed optical notch filter is proposed. The optical intensity modulator is biased to suppress the odd-order optical sidebands. The wavelength-fixed optical notch filter is then used to filter out the optical carrier. Two second-order optical sidebands are obtained at the output of the notch filter. A millimeter-wave signal that has four times the frequency of the microwave drive signal is generated by beating the two second-order optical sidebands at a photodetector. Since no tunable optical filter is used, the system is easy to implement. A system using an LiNbO/sub 3/ intensity modulator and a fiber Bragg grating filter is built. A stable and high spectral purity millimeter-wave signal tunable from 32 to 50 GHz is obtained by tuning the microwave drive signal from 8 to 12.5 GHz. The integrity of the generated millimeter-wave signal is maintained after transmission over a 25-km standard single-mode fiber. Theoretical analysis on the harmonic suppression with different modulation depths and filter attenuations is also discussed.     

用于布里渊分布式光纤传感的光学锁频系统

报道了一种用于布里渊分布式光纤传感器(DOFS)的高稳定光学锁频系统。一台波长为1550nm的半导体分布反馈(DFB)激光器作为主激光器用于光纤传感探测,另一台同样的激光器作为从激光器,采用光学锁相的方法将其与主激光器进行频率跟踪,使主激光器与从激光器频率差恒定为11GHz。利用该光源搭建基于自发布里渊的分布式光纤传感系统(BOTDR),可以有效地实现宽带移频,使得探测解调频率降低到百兆赫兹量级,大大降低了探测的噪声,并且降低了BOTDR系统成本。结果表明,采用此光源方案的频率波动范围为±1MHz。     

次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器

为实现具有高频谱纯度、低相位噪声的宽带可调谐微波信号生成,提出并通过实验验证了一种次谐波信号调制下光注入半导体激光器结构的光电振荡器,其原理为通过利用光注入半导体激光器的单周期（P1）振荡工作状态和波长选择放大特性实现可调微波信号生成,并进一步通过在光电振荡环路中引入次谐波信号调制对系统生成微波信号的频率稳定性、边模抑制比与频谱纯度进行优化。实验结果表明,文中方案提出的光电振荡器可以生成输出功率大于5 dBm,频率调谐范围为12~18 GHz的微波信号。同时,系统生成的微波信号的3 dB带宽为100 kHz,边模抑制比可达 51 dB,且信号在频偏量为100 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为?78 dBc/Hz和?109 dBc/Hz。此外,光电振荡器生成微波信号的频率调谐范围只受系统中使用的各类光电器件工作带宽的限制,通过采用具有更大带宽的光电器件可以实现更高频率的微波信号生成。