基于射频信号2阶零功率的链路色散测量技术

为了适应高速率大色散光纤信道对链路色散的精确补偿要求,研究并提出了一种基于射频信号2阶零功率点的信道色散测量方案。采用信号两边带的位相差来测量光纤链路中的色散值,通过在发射端加载射频信号,可以得到接收端射频信号功率大小随链路色散值的周期性变化关系,从仿真光纤链路色散随射频信号频率的变化曲线获得接收端射频信号2阶零功率点位置。结果表明,基于射频信号2阶零功率的信号测量方案色散测量误差可控制在±10ps/nm范围内。相较于1阶零功率点,基于射频信号2阶零功率点信道色散测量方案可满足高速率、长距离大色散光纤信道对色散值的精确测量需求。     

基于非线性色散补偿光栅的可调谐光电振荡器

为实现光电振荡器(OEO)输出频率的连续可调,提出一种新型的基于非线性色散补偿光栅(FBG)实现可调谐OEO方案。本文方案不需要电滤波器,且振荡频率随着光源的波长变化而变化。其中,三阶色散补偿FBG可以采用FBG重构算法设计。当光源波长从1 550.6nm变化到1 551.4nm时,相应的色散为340～1 460ps/nm,输出频率的调谐范围为6.5～13.5GHz,实现了振荡频率的大范围可调谐。     

基于光子混频的微波频率测量技术

提出了一种基于光子混频的光子学微波频率测量方法。方法采用可调微波延时线控制射频(RF)通道与光通道之间延时,利用两个级联马赫曾德调制器(MZM)进行光子混频,进而建立微波频率与直流光功率之间关系。通过仿真与分析,合理设计RF通道与光通道之间延时,优化了系统频率测量范围。仿真结果表明,光通道延时与RF通道1的延时差Δτ1选取在15ps附近,两个RF通道之间延时差Δτ选择在20ps附近时,对于1~6GHz范围的频率测量较为合适。实验中,采用矢量网络分析仪对延时进行测量,得到Δτ1为17.7ps,Δτ为16.9ps。测试结果表明,在1~6GHz频率下,系统测量精度在±0.2GHz以内。系统的测量误差主要来自于矢量网络分析仪对相位测量的不确定度,以及激光器输出光功率的波动,通过采取相应的措施可以提高系统测量精度。本文方法为微波频率测量提供了一种低成本光子学解决手段。     

采用单调制器实现载波抑制归零码的研究

文章对基于电模拟转换开关和混频器的采用单调制器产生载波抑制归零(CSRZ)码的方案进行了理论分析,提出了一种基于预编码器的简单、易集成的单调制器生成CSRZ码的方法,仿真验证了该方法生成的CSRZ码与传统方法产生的CSRZ码相比具有更窄的调制谱宽(约15 GHz)和更强的色散容纳能力(可达±1 320 ps/nm).     

基于光子混频的微波频率测量技术

提出了一种基于光子混频的光子学微波频率测量 方法。方法采用可调微波延时线控制射频(RF)通道与光通道之间延时,利用两个级联马赫曾 德调制器(MZM)进行 光子混频,进而建立微波频率与直流光功率之间关系。通过仿真与分析,合理 设计RF通道与光通道之间 延时,优化了系统频率测量范围。仿真结果表明,光通道延时与RF通道1的延时 差Δτ₁选取在15ps附近,两个RF通 道之间延时差Δτ选择在20ps附近时,对于 1～6GHz范围的频率测量较为合适。实验中,采用矢量网络分析仪对延时进行 测量, 得到Δτ₁为17.7ps,Δτ为16. 9ps。测试结果表明,在1～6GHz频率下,系统测量精 度在±0.2GHz以内。系统的测量误差主要来自于矢量网络分析仪对 相位测量的不 确定度,以及激光器输出光功率的波动,通过采取相应的措施可以提高系统测量 精度。本文方法为微波频率测量提供了一种低成本光子学解决手段。     

采用单个相位调制器产生毫米波

实验研究了采用单个相位调制器(PM)产生毫米波的方案。该方案采用电混频器将射频(RF)信号与基带信号混频后再利用相位调制器产生双边带调制(DSB)信号,经光纤传输到基站后用一个光交叉复用器(IL)分离一阶边带和中心载波,一阶边带经过光电(O/E)检测器拍频产生两倍频于射频频率的毫米波,而中心载波可以作为上行链路载波重新利用。理论分析了该毫米波的传输性能,研究发现由于色散导致两个一阶边带时延不同,码元的占空比会随着传输距离的增加而减小,将限制毫米波的最大传输距离;实验中采用频率为20 GHz射频信号产生频率为40 GHz的毫米波,速率为2.5 Gbit/s的非归零(NRZ)码作为下行链路数据,经过20 km色散光纤传输后下行链路的功率代价为0.2 dBm。     

具有不同色散分布链路的高速CO-OFDM系统中非线性损伤的研究

由于相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统很高的峰均功率比(PAPR)以及非常近的子载波间隔,使得链路色散导致的子载波走离对光纤非线性损伤的影响更加明显。研究了不同色散分布、不同残余色散情况下,无色散补偿光纤(DCF)和有色散补偿光纤的光纤链路时CO-OFDM系统的非线性损伤以及系统性能。针对单信道40 Gb/s CO-OFDM系统,无DCF链路比完全补偿DCF链路,Q因子高5.1 dB;对于DCF链路,当残余色散从0变为到1200ps/nm时,最大Q因子提高了4dB,非线性阈值提高了4 dBm,1200ps/nm时性能几乎和无色散补偿系统相同。     

基于部分响应信号的新型4-PAM调制格式的研究

提出了一种基于部分响应信号的新型4-PAM调制格式。对两路二进制信号通过预编码和相关编码,得到各自的部分响应信号后,将它们相加后取绝度值得到一种4幅值信号,简称4幅值AACC信号。利用optisystem光子模拟软件,设计了一种两路信号合成的4幅值的AACC信号电路图。利用Matlab软件,设计出一种4幅值AACC信号的解码器。通过optisystem与Matlab联合仿真,设计出了一种基于AACC信号的光纤传输链路。研究了AACC信号频谱效率、色散容忍度、和接收机灵敏度。与现存的NRZ和4-PAM调制格式进行了比较。仿真实验显示,在误码率为10-9条件下,AACC系统的接收机灵敏度和色散容忍度分别为-27.4dBm和200ps/nm,与4-PAM系统对比,接收机灵敏度提高了8.3dBm,色散容忍度提高了15ps/nm。比较可见,在色散容忍度和灵敏度方面AACC信号与传统的多幅值信号相比,具有明显的优势,适合于长距离光传输。     

基于微结构光纤的10 GHz超过1100信道的平坦超连续谱光源

报道了一种基于微结构光纤的宽带、平坦超连续谱(SC)光源。利用锁模半导体激光器产生的1.6ps,重复率为10GHz的光脉冲,通过一段80m的色散平坦高非线性微结构光纤(HNL-MF),在1.55μm波长区域产生了谱宽超过100nm的平坦超连续谱。实验中采用的微结构光纤的非线性系数约为11W-1·km-1。光纤具有小的正常色散和平坦的色散特性,在1550nm波长处,光纤的色散值约为-0.58ps·nm-1·km-1,而在1500～1650nm波长范围内,光纤的色散值变化小于1.5ps·nm-1·km-1。实验中获得的宽带、平坦超连续谱在1503～1593nm宽达90nm的波长范围内,具有±2.5dB的平坦度。该宽带、平坦超连续谱能同时提供波长间隔为10GHz,超过1100路的多波长载波信道。通过对光谱滤波,获得了速率为10Gbit/s的多波长脉冲序列。这样的超连续谱光源在波分复用(WDM)光通信系统、光波长变换等方面都有重要的应用。     

一种基于FPGA和Matlab的时延测量方法

针对航天测控等领域对精密测量时延的需要,提出了一种基于FPGA和Matlab的时延测量方法,阐述了其测量原理,并对1 km光纤链路的时延进行测量。实验结果表明,该方法的单频点时延测量精度可以达到ps量级,在没有考虑色散的情况下,传输链路的时延测量值在800～900 MHz频率范围内标准差为2.0 ps。     

一种电流失配自适应补偿宽带锁相环设计

针对宽带自偏置锁相环(PLL)中存在严重的电荷泵电流失配问题,提出了一种电流失配自适应补偿自偏置锁相环。锁相环通过放大并提取参考时钟与反馈时钟的锁定相位误差脉冲,利用误差脉冲作为误差判决电路的控制时钟,通过逐次逼近方法自适应控制补偿电流的大小,逐渐减小鉴相误差,从而减小了锁相环输出时钟信号抖动。锁相环基于40 nm CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,当输出时钟频率为5 GHz时,电荷泵输出噪声从-115.7 dBc/Hz@1 MHz降低至-117.7 dBc/Hz@1 MHz,均方根抖动从4.6 ps降低至1.6 ps,峰峰值抖动从10.3 ps降低至4.7 ps。锁相环输出时钟频率为2～5 GHz时,补偿电路具有良好的补偿效果。     

光纤传输系统中基于相位预调制的信号整型

利用相位预调制技术解决高速长距离光纤传输系统中面临的接收灵敏度降低和色散容限问题。通过在发射端对非归零(NRZ)的光信号进行比特同步相位预调制,使非归零码在传输过程中得到波形重整,演变为归零(RZ)的波形,从而提高眼图开启度。实验观测了普通非归零码和相位预调制的非归零码在不同相位调制深度和色散下的光谱、眼图和功率代价。10Gb/s的传输结果表明,链路色散绝对值小于1000ps/nm时,施加相位预调制的非归零信号功率代价小于1dB,比普通非归零信号具有更高的接收灵敏度和更低的色散功率代价。因此,基于相位预调制的信号整型技术可减轻系统对光信噪比和色散管理的要求,延长传输距离。     

宽带色散补偿模块的开发

文章从理论出发设计了一种色散补偿光纤波导结构,并制备出一种高性能的色散补偿光纤.测试结果表明:该色散补偿光纤在1 525～1 625 nm波长范围内具有较大负色散,1 545 nm波长的色散系数为-141 ps/(nm·km).采用该色散补偿光纤成功制备出宽带色散补偿模块.G.652光纤传输链路经过该色散补偿模块的补偿后,C波段的残余色散小于5.0 ps/nm,C波段色散斜率也实现了100%的补偿.     

500 GHz宽带双偏振光学频率梳的产生

提出了一种基于光电反馈产生500 GHz宽带双偏振光学频率梳的方案。该方案基于光电环路反馈1550 nm垂直腔面发射激光器,采用自旋反转模型,利用四阶龙格-库塔算法数值仿真研究了光电反馈参数对光学频率梳特性的影响。研究结果表明:通过光电反馈参数的调节可以控制1550 nm垂直腔面发射激光器输出的偏振状态,可实现Y偏振和X偏振光学频率梳的转换。此外,研究发现,在特定的光电反馈参数条件下,可获得Y偏振和X偏振同时存在的双偏振光学频率梳。并且在一定的光电反馈参数范围内,两个偏振方向的光学频率梳的光谱带宽都会随着光电反馈系数的增加而增大,相应的功率谱会随光电反馈系数的增加而变得越来越平坦。通过光电反馈系数及反馈时间的调节,获得了谱线平坦、梳线纯净、谱带超宽的光学频率梳,在10 dB幅度范围内Y偏振光学频率梳的光谱带宽可达250 GHz,X偏振光学频率梳的光谱带宽可达500 GHz。     

基于0.18μmCMOS工艺的2.5GB/s时钟恢复电路设计

提出了一种双支路无力切换结构信息与通信学院2.5GB/s NRZ码的时钟恢复电路。整个电路由鉴相器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器组成。基于0.18μm CMOS工艺用Candance Spectre仿真软件对电路进行仿真。仿真结果表明所设计的电路功能正确,其VCO自由振荡频率为2.5GHz,在1.8V电源电压下的功耗为73.8mW,捕获时间为1.2μs,输出时钟的单端峰峰电压为1.8V,相对抖动峰峰值为20ps,频率锁定范围为1.9GHz。     

利用10GHz主动锁模光纤激光器在DSF中产生超连续谱

报道利用色散位移光纤 (DSF)中的复合非线性效应得到重复频率 10 GHz,谱宽大于 50 nm的超连续 (SC)光谱 ,研究了抽运光功率、波长与生成的 SC光谱宽度和平坦度、光脉冲质量的关系。     

基于宽谱光源的光控微波延时技术

提出一种新型的基于宽谱光源和色散器件结合的光控波束形成网络(OCBFN)方案,与利用独立激光器的方案进行了比较,给出了该方案的工作原理和延时链路理论分析,并通过实验验证了该方案实现光控延时的可行性。实验中利用掺铒光纤放大器(EDFA)作为宽谱光源,10 km单模光纤(SMF)作为色散器件实现光路延时,可调谐光滤波器选择光路的工作波长,利用矢量网络分析仪产生微波信号并测量信号延时特性,在9.25~10.25 GHz微波频段中,实验测得的系统延时范围、延时精度及真延时特性(延时大小与微波信号频率无关)验证了基于宽谱光源的可调谐光控微波延时方案的可行性。     

啁啾管理调制格式中光谱整形滤波器优化

讨论了啁啾管理调制中光谱整形滤波器的作用及对直接调制激光器输出啁啾的影响,并对光谱整形滤波器种类、带宽、中心频率、阶数及滤波器在系统中的位置等进行了系统性的优化。结果表明优化后带宽为8.4 GHz、中心频率为193.1237 THz的1阶高斯型滤波器在滤波器前置无色散补偿啁啾管理光纤传输系统中性能最好,其1dB眼开度代价所对应的色散容限为5047 ps/nm。     

一种40 Gbit/s光纤通信系统中的动态色度色散补偿技术

提出了一种用于40 Gbit/s单信道光纤通信系统的动态色度色散(CD)补偿方法.该方法通过检测线路中的色散值,以此作为反馈信号控制动态可调节色散补偿器(TCDC)实现系统的动态CD补偿.TCDC主要由2×2光开关、色散补偿光纤(DCF)和掺铒光纤放大器(EDFA)组成.设计中,增加光开关的数量可以提高色散补偿器件的补偿范围和精度;通过探测传输光信号某一频率(12 GHz)周围窄带范围内的电功率值可实现线路中CD的即时检测.系统的理论补偿量最大可达124 ps/nm.     

新型色散平坦光子晶体光纤设计与分析

研究了一种新改进的折射率导光光子晶体光纤的色散性能。研究表明当纤芯空气孔的孔径小于包层空气孔孔径时, 光子晶体光纤仍然通过全内反射（TIR）导光。采用全矢量平面波展开法分析光子晶体光纤的色散特性, 并设计了波长为1360 nm到1730 nm时, 色散值在-10±0.5 ps/（nm·km）之间的色散平坦光子晶体光纤, 其色散斜率在波长为1370～1740 nm时可达±0.01 ps/nm2/km。