基于布里渊光纤激光器的光生微波信号的研究

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光波分复用技术和掺铒光纤放大器的出现使得光纤通信得到迅速发展。光纤通信的特点是体积小、重量轻,在波长、频率、空间上可多路合成,易于分解。并且光纤通信具有损耗低,抗电磁干扰,超宽带(>40THz)和无有害辐射等优点。但是,光纤通信设备具有可移动性不高的缺点,随着光纤传输速率的不断提高,在光纤通信系统中,光发射部分和接收部分都需要采用微波技术。  近年以来,由于微波通信技术的发展,人们对无线通信容量的需求也在不断增加。微波信号容易重构,可以在任意方向上发射,并且能够实现与手提和移动设备的互联。但是,如果单纯用电子技术来实现微波信号,在技术上很难做到,并且整个成本也比较高昂。如果用光学方法来产生微波,则可以避免这个问题,并且成本也相对小很多。  用光学方法产生微波信号,即光生微波是微波光子学领域中的一个重要的研究方向。通常,光生微波基于光外差法的光学拍频技术,用两束具有不同频率的光波进行拍频来产生微波频率信号,它们的频率差值即为微波信号的频率,因此光生微波的频率可达极高频率(THz),这取决于拍频用的光电探测器的带宽。所以,光生微波技术在宽带无线接入网络(ROF),毫米和亚毫米雷达系统,和军事上有很广泛的应用前景。  光纤中的受激布里渊散射,一直受到人们的广泛关注。光纤中的布里渊增益谱很窄,约30MHZ(与光纤的材料有关),布里渊的阈值也很低,很容易产生受激布里渊光,构成的布里渊激光器是利用光纤中的非线性效应,利用声子的作用,使泵浦光与斯托克斯(Stokes)光之间实现能量交换。这种机制利用声波阻尼与谐振腔反馈的特征,对噪声具有抑制作用。产生的布里渊激光器出射的线宽也非常窄(KHz量级)。若利用斯托克斯光进行拍频,得到的微波信号线宽窄,噪声小,微波质量较高。  本论文的主要工作是利用布里渊光纤激光器产生微波频率信号,最后对微波信号的处理--微波光子滤波器的研究工作作了简要介绍。我们的主要研究工作包括:  1、研究了利用级联布里渊光纤激光器产生精密可调谐微波频率信号。布里渊激光器由同一个激光器泵浦产生级联斯托克斯激光输出,因级联斯托克斯光频率同步漂移,可以消除因温度等因素引起的泵浦激光频率漂移与布里渊频率漂移对微波信号频率的影响。并且我们采用10.3米的短腔结构,使激光器稳定工作在单纵模状态。产生的微波信号线宽约为2.8KHz,比之前的一些研究的线宽窄化近三个数量级,并且微波频率信号的稳定性高。  2、研究了利用光纤的应力效应及布里渊激光器的频率牵引效应,通过控制光纤应力(拉伸光纤),可以实现微波信号频率调谐范围为273MHz,可以在一个自由频谱(19.8MHz)范围内,实现9.6MHz的频率连续可调,调谐精度为100KHz。  3、研究了利用多波长布里渊激光器产生步进可调谐光生微波信号。每一阶斯托克斯光之间的频差为~11GHz,都工作在单纵模状态。分别通过一个固定波长的光纤布拉格光栅(FBG)与一个可调谐的FBG,我们可以滤出任意两阶斯托克斯光,得到频率步进可调谐的微波信号。微波信号具有高稳定性没有任何稳频装置,并且线宽小于2KHz。  4、本文还研究了多波长布里渊掺铒光纤激光器,以及利用其产生微波信号。通过在布里渊激光腔中加入掺铒光纤,可以实现功率更为平坦的多波长激光器。该多波长激光器工作在单纵模状态,信噪比高,近55dB。
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