有源光纤环形腔内相位调制产生RoF超连续光源研究

项目研究内容和意义简介.未来RoF系统可能需要上百毫米波信道。目前光相位/幅值调制方法都只是用于产生单个RoF毫米波。研究用有源光纤环形腔内置相位调制器来实现相位调制指数(深度)达到几百弧度以上，使数百阶边带的幅值与低阶相当，获得数百边带光输出的RoF用超连续光源。用有源腔的光放大作用补偿腔内损耗并用大耦合输出比使由数百边带组成的超连续光源的输出功率达到几十mW。研究边带光功率均匀性与单程相位调制指数，有源环形腔的精细度和调制频率与腔纵模间隔匹配度之间的关系，获得高的边带光功率均匀性。通过短腔长设计，减小环形腔的环程延时使最大环程延时在输入光的相干时间内，调制频率控制和腔长环境扰动隔离保证两边带光波的相位相关性，使拍频毫米波中心频率稳定。进一步用光Interleaver和带通滤波器取出两边带光进行拍频毫米波的测试分析。该方法不需要高速调制器，光器件成熟，每个RoF信道成本极低。

2010年在理论上完成了用光纤环形腔内相位调制方法来产生ROF超连续光源的可行性分析。完成了激光中心频率、射频调制频率和光纤环形腔纵模频率的最大可容忍扰动范围，进一步完成了光纤环形腔内相位调制产生ROF超连续光源的分析与设计，调制指数，光纤耦合器的耦合系数和环形腔的有效反射率分别为 β=2.1rad，K=0.51 和r=0.99是一合理的选择，当调制电压，光放大器增益和腔长扰动分别小于60mV，0.1和5.12μm时，毫米波幅值波动可小于4.4%。.2011年用半导体光放大器替代EDFA光放大器，使腔长小于4米以控制腔长随机扰动在5.12μm之内。完成了半导体光放大器的增益特性和中心波长的测试，确定了保证有源光纤环形腔处于激光阈值以下的驱动电流。进行了有源环形腔内相位调制产生超连续光源的初步实验，得到了二十几个边带激光输出，但是只有0和±1阶边带功率中心几个边带功率较大(与以前的理论结果相差很大)；改用20GHz模拟调制器进行各边带幅值与调制指数之间的关系测试，发现即使调制指数为2.405时，调制器输出的0阶边带的输出光功率仍然较大(理论上应为0)， 0阶边带幅值难以小于一阶边带的幅值。有源环形腔内幅值调制产生超连续光源的初步实验，测得的边带功率分布比相位调制的稍好，但也只有0、±1和±2阶边带功率可用，且高阶边带稳定性很差。.2012年进行了稳定性的理论与实验分析，结果显示有源光纤环形腔内调制产生超连续多波长激光尽管在理论上是可行的，但实际中，由于光纤环形腔不可避免的环程相移扰动与漂移，光纤色散与偏振模色散使得输入激光中心频率和调制边带频率难以准确地位于光纤环形腔的纵模频率上，不同边带被调制后产生的同一频率边带在光纤环形腔内任意点上的也难以同相形成相长干涉。.基本达到探索性研究目标。研究结果表明实用的基于有源谐振腔内调制产生ROF超连续光源需要用光集成器件来实现。在《光学学报》上将发表了三篇研究成果论文(2篇已发表，1篇已录用)，以及光载毫米波通信的相关研究。