基于光学频率梳频谱整形的任意波形生成方法研究

• 作 者: 高晓婧
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 微波任意波形 光学频率梳 频谱整形 电光调制

微波光子学是微波技术和光子技术优势结合的一门新兴交叉学科,通过光电和电光转换将在电域完成的信号产生、传输、处理和控制转换到光域上完成,当前主要应用于宽带无线通信系统、先进电子战系统、智慧无线电以及物联网等领域。光生微波任意波形是微波光子学的一项重要研究内容,尤其是随着高分辨率雷达以及医学成像和仪表系统等技术的高速发展,对微波任意波形的质量要求越来越高。在电子领域内使用数字方法生成微波任意波形,会受到电子器件自身属性和采样率的影响,生成的任意波形频率和带宽都很低,不能满足当前的需要,利用微波光子技术可以解决这个问题。本文主要研究基于光学频率梳频谱整形的任意波形生成方法,总体思路是通过构建任意波形生成原型系统,从中分析影响因素,提出优化方法,并进行仿真验证。1.构建任意波形生成原型系统。在研究文献的基础上,利用双平行马赫-曾德尔调制器、光纤布拉格光栅、光纤拉伸器和光衰减器构建任意波形生成原型系统,并仿真生成了三角波形、矩形波形、锯齿波形等特定波形。仿真过程中详细研究分析了任意波形生成的影响因素,包括光学频率梳平坦光梳数目、频谱宽度以及频谱整形的幅度和相位控制误差等4种因素。2.提出2种光学频率梳生成方法。以多数目、窄带宽的平坦光梳生成为目标,在基于单个电光调制器生成平坦光梳的基础上,提出了基于两个强度调制器和偏振复用双马赫-曾德尔调制器级联方式和基于双平行马赫-曾德尔调制器和循环频移器级联方式2种平坦光梳生成方法。3.提出频谱整形方法。以降低频谱整形的幅度和相位误差为目标,在研究基于光纤布拉格光栅进行谱线分离、基于光纤拉伸器进行相位控制、基于光衰减器进行幅度控制,提出了双阵列频谱整形方法,并仿真生成了多种波形。4.设计2种任意波形生成方法。采用两个强度调制器和偏振复用双马赫-曾德尔调制器级联双阵列频谱整形方法,仿真生成了频率倍增的波形信号,并选取不同谱线数目,通过生成高斯波形,定量研究了谱线数目对生成波形的影响,得出了平坦光梳数目与功率比、占空比的关系。采用双平行马赫-曾德尔调制器和循环频移器级联双阵列频谱整形方法,仿真生成了幅度不相等的高斯波形。最后研究得出生成不同目标波形时2种方法的使用时机,为微波任意波形生成方法的进一步研究提供了理论依据和实践支撑。