基于前向调制技术的毫米波光子发生器研究

光生毫米波，充分利用光子学优势，产生传统电子学所无法获得的高频毫米波，在宽带无线通信、B3G移动通信和雷达监测等民用和军用领域中有着重要的应用前景。本申请所提出的毫米波光子发生器采用非相干双波长光为光源，传统的此类方案中，为获得具有大频率间隔的相干光，通常需要采用锁相环对非相干光进行相位锁定，目前来说，该技术仍存在一定的缺陷，其中包括结构相对复杂和性能不够稳定等。我们提出一种替代方案，该方案以前向调制技术代替传统的锁相环技术，并结合经典的电光调制原理及光学滤波原理，在无需进行相位锁定的情况下，从非相干双波长光中获得用于差拍的相干光边带，进而获得稳定无干扰的毫米波信号，发生器可提供至少四倍的倍频因子，而且其结构具有极大的灵活性。本申请所涉及的方案国际上未见报道，其实现不仅有助于丰富毫米波光子发生器结构，同时其灵活的结构、低廉的成本也有着广阔的市场前景，可望实现产业化。

微波光子学将微波学和光子学融合在一起，其研究范围包括微波/毫米波信号的光学生成、微波毫米波频率的光传输链路等。微波/毫米波的光学发生器是关键技术，传统的电子学生成方法，会遇到带宽和载频的电子学瓶颈；光子学的方法不受电子瓶颈限制，可以产生很高的载频和带宽，并且具有抗电磁干扰、重量轻、结构紧凑的优点。同时，基于光子学的毫米波信号生成可以与射频光纤传输系统天然地兼容，无需额外的电光和光电转换设备。.基于前向调制技术的毫米波光子发生器，使用双波长光作为光源，在无相位锁定的情况下，获取相干光边带，进而获得稳定无干扰的毫米波信号，可获得提供四倍以上的倍频因子。提出了一种长周期光纤光栅新型单边带毫米波光子发生器设计方案，并将所设计方案应用到RoF系统中。利用连续光激光器和马赫增德尔调制获得双边带调制信号，通过所设计的长周期光纤光栅，使一侧的光边带得到抑制，从而获得单边带调制信号。.基于双平行马赫曾德调制器，设计了具有动态光载波边带比（OCSR）调谐能力的光单边带毫米波光子发生器实现方案，并实验验证，分别对调制器最大传输点、最小传输点进行定位，并对单调制器调制、平行调制器调制进行性能测试以及建立OCSR与射频功率之间的对应关系。对前向调制技术进行改进，利用两个连续光激光器结合改进型前向调制技术以及波分复用技术，实现本振信号4倍频，从而利用15GHz本振信号实现60GHz毫米波信号生成。探索了利用偏振调制器进行微波频率测量的可行性，设计了基于偏振调制器的单光源分辨率与范围可调的瞬时微波频率测量系统，利用一个偏振调制器、色散补偿光纤、偏振分束器、光电探测器可实现具有高分辨率的微波频率检测。探索基于毫米波发生器所用关键器件生成太赫兹信号的可能性，提出了基于F-P激光器频率可调太赫兹光载无线传输系统方案，并对其传输特性进行研究。利用F-P激光器的多纵模谱特特性，获得40-480GHz可调节毫米波/太赫兹发生装置，最后将其应用于RoF传输系统，获得可调节太赫兹光载传输系统。对光子发生器所需微分器件进行了全面深入的研究，提出了基于双芯光纤结构的全光微分器方案，进行了详细的理论及仿真验证，研究了系统中光器件在其他领域的应用，如球锥光纤滤波器在传感中应用。.我们还将项目进展过程中所做的工作，进行了全面、细致的整理，发表了24篇高水平论文，授权多项国家专利，毕业3名博士生。