面向光载超宽带无线数据通信的主动锁模光电振荡器研究

Ultra-wideband (UWB)-over-fiber technique is a cornerstone of the future wireless data communication network which is wideband and goes everywhere. For the practical application of the UWB-over-fiber system, a low-cost, low time jittering photonic UWB signal generator is highly desired. However, the present photonic UWB signal generation technique is relatively expensive and its signal quality can not meet the application requirement. By taking advantage of the low-noise characteristic of optoelectronic oscillator (OEO), this project induces the mode-locking mechanism into OEO and proposes a novel structure for photonic generation of UWB signal with ultra-low time jitter. In this structure, flexible frequency band switching of UWB signal and data loading of multiple signal channels can also be achieved. Furthermore, as a self-starting oscillator, this structure neither needs a pulse pattern generator nor a mode-locked laser, making a significant lost reduction. The proposal of this project would greatly promote the performance of the UWB-over-fiber system, would make the practical application of UWB-over-fiber system possible and would open a new prospect for the combination of the UWB-over-fiber technique and the Cognitive UWB technique.

光载超宽带（UWB-over-fiber）技术是构建未来宽带化、泛在化、融合化无线数据通信网络的重要基石。在UWB-over-fiber系统迈向实用化的过程中，迫切需要一种低成本、低脉冲时间抖动的光域超宽带（UWB）信号发生器。然而，现有的光生UWB信号技术在成本及信号质量方面仍无法满足实用化的要求。本项目利用光电振荡器固有的低噪声特性，将主动锁模机制引入光电振荡环路，提出了一种可产生超低时间抖动光域UWB信号的新型结构。该结构还可实现光域UWB信号在不同频段的灵活切换以及多信道数据加载。该结构为一种自启动的UWB信号发生装置，无需昂贵的高速码型发生器或锁模激光器作为辅助，可大大的降低系统成本。本项目所提出的方案有望促进UWB-over-fiber技术向实用化方向发展，并为UWB-over-fiber技术与认知超宽带无线电技术的融合提供一种新的思路。

超宽带信号是符合IEEE 802.15.4a物理层协议的一项通信技术。目前，利用电子学手段产生超宽带信号仍然受到诸多限制，这主要是由于随着频率的增加，产生超宽带信号的电子器件的设计的复杂度上升，这为超宽带信号产生提出了严峻的挑战。因此，利用光子学手段产生超宽带信号获得了广泛的关注，这也得益于光子学手段的宽带、低损耗和灵活的调谐特性。. 在本项目中，我们研究了基于光电振荡器的超宽带信号产生技术。利用双环的非线性光电振荡器产生了超宽带信号，光电振荡器中还内建了一个超宽带信号的带通滤波器。为了避免产生的超宽带信号与其他窄带的通信频率相互干扰，我们在光电振荡器中建立了一个微波光子滤波器，该滤波器可以滤除相应频率的超宽带信号，从而避免干扰。在实验中，我们成功地产生了超宽带信号，并且利用微波光子滤波器滤出了7.5GHz，5GHz，甚至是同时滤出7.5GHz和5GHz的干扰信号。相应的微波光子滤波器中延时线的长度分别为133，200以及400皮秒。信号的自相关脉冲的抑制比优于-33.7dB。这说明产生的超宽带信号可以直接应用于随机超宽带雷达中。