宽带高频可调谐光纤延迟线机理及系统研究

Tunable fiber-optic delay line is not only the key component in future all-optical network, but also plays a critical role in optical signal processing and microwave photonics. Recently, stimulated Brillouin scattering (SBS), as a promising technique, has been developed to realize tunable fiber-delay lines, which has the advantages of low pump power with tunable wavelength and is compatible with the existing telecommunication technology. Moreover, the process can be achieved at room temperature. However, the narrow gain bandwidth and the limited SBS frequency shift induce serious distortion on the delayed optical pulses. It is impossible to be applied to wideband systems. Based on the theory of wideband pump signal of SBS, this proposal will conduct research on the physical method to improve the product of delay time and bandwidth; and explore the principle of tunable fiber-delay line for wideband and high frequency microwave signal by using the periodic oscillations generated from optically injected laser system. The related studies will be applied to realize continuously tunable fiber-optic delay lines with minimized distortion on microwave signals . The outcomes of the proposal will provide a novel option for wideband high frequency fiber-optic delay lines and have theoretical instructions to solve all optical routing and high precision phase-array antenna radar systems.

可调光纤延迟线不仅是未来全光网络中的关键器件，而且在光信号处理和微波光子学等领域有着极其重要的用途。基于布里渊散射效应（SBS）实现可调光纤延迟线是近年来发展起来的一门新兴的可调光延迟技术，具有泵浦光功率阈值低、工作波长可调谐、室温下工作以及与光纤通信系统兼容性好等优点。但SBS增益谱带宽较窄，且布里渊频移受限，斯托克斯光脉冲获得延迟的同时存在严重失真，无法满足宽带系统的应用要求。 本项目从宽带光泵浦的 SBS 理论出发，研究提高延迟-带宽积物理方法；基于光注入半导体激光器产生的周期振荡作为多谱线泵浦光，探索拓展微波信号带宽、提高微波信号频率的可调谐延迟机理；通过构建高精度光纤延迟线实验系统，实现连续可调谐微波信号的最小畸变延时。本项目的研究结果为实现宽带高频可调谐的光纤延迟线系统提供了一条新的研究思路，对于灵活实现光信号存储与处理、高精度光控相控阵雷达奠定了理论与应用基础。

随着用户对无线宽带接入系统容量及通信速率要求的不断提升，如何实现光载微波信号的可控慢光及滤波成为宽带接入系统以及全光网络的关键技术，也是微波光子学的主要研究内容。.本项目研究了布里渊散射（SBS）效应在效应在微波光子信号处理中的应用，主要包括光载微波信号的慢光延迟技术以及可调谐微波光子滤波技术。在SBS慢光延迟方面，主要采用数值模拟的研究方法，理论推导了光注入半导体激光器产生的宽带非线性泵浦光作用下，普通单模光纤的SBS复增益，分别计算得到了多路高斯光脉冲的可控慢光延迟以及宽带混沌光泵浦条件下的增益展宽现象，为宽带光脉冲的可控慢光提供了一种新的研究思路。在SBS微波光子滤波研究方面，本项目提出并验证了一种基于自适应SBS光载波再生的单通带宽带可调谐的微波光子滤波器。由于SBS再生光载波与信号边带的拍频使得该滤波器具有单边带特性；且因为SBS光载波及放大由同一个激光器产生，该光载波再生具有自适应特性，与载波频率无关；另外，通过调节光载波与系统采用的光滤波器的波长间隔，该微波光子滤波器的中心频率可从6 GHz至32GHz之间连续可调，该带宽仅受调制器和探测器的带宽限制。本项目提出的该微波光子滤波器的3dB带宽及带外抑制比分别可以达到640MHz及21dB。.本项目的研究结果为实现宽带高频可调谐的光纤延迟及滤波系统提供了一条新的研究思路，对于灵活实现光信号存储与处理、高精度光控相控阵雷达奠定了理论与应用基础。