星载高灵敏度平衡光电探测器研究

设计了一种由平衡光电二极管芯片和跨阻放大器混合集成的星载高灵敏度平衡光电探测器。平衡光电二极管芯片采用双InP-InGaAs光电二极管单元单片集成的内平衡结构,以降低芯片自身噪声,提高探测器灵敏度。通过Cadence仿真软件对集成了正负双向电流输入电路、自动增益控制电路和反相器型输入电路的闭环放大器结构进行了仿真,得到等效噪声功率、带宽和增益三者之间的关系,制作出适配平衡光电二极管芯片的跨阻放大器。搭建1.55μm激光测试系统对研制的探测器进行性能测试,结果显示,其3dB带宽为1.58GHz,等效噪声功率密度为5.96pW/Hz^1/2,共模抑制比为42.04dB(@DC^1.58GHz),在相干激光通信系统中的接收灵敏度达到-61dBm。

基于光纤光参量放大的光脉冲压窄技术的研究

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾,由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍,从而进一步增大了信号的谱宽,并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10GHz速率下的结果,通过泵浦光的相位调制在0.5W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.

归零码信号注入FP-LD实现无本振光子上变频系统

提出了一种低速率归零码(RZ-OOK)信号注入法布里-珀罗腔激光二极管(FP-LD)的无本振光子上变频系统。利用外部注入信号光对FP-LD的一个自由振荡模式进行锁定从而得到一个微波的高频振荡,基于注入锁定机理进行了上变频原理分析,并通过实验方式验证了方案的可行性。实验中,2 Gb/s的RZ-OOK信号分别被上变频到12 GHz、14.28 GHz成为副载波信号。

空间激光通信高速多制式光调制技术

空间激光通信调制技术以幅度调制和相位调制为主,单一通信终端只能适应特定的调制格式,灵活性较差,存在星间链路组网应用的局限性。文章基于数字处理的光调制技术,采用LiNbO3晶体正交相位调制器,结合闭环偏压控制算法,实现了光调制格式、调制速率可变的星载光调制器,并针对空间应用对幅度调制和相位调制方式进行了优化,最大化光纤放大器效率。该技术硬件实现了625Mb/s^5Gb/s通信速率分档可调,OOK,BPSK和QPSK调制格式可变,发射EVM优于9%,实际引入灵敏度损耗小于1dB。该调制器已经完成所有空间环境试验,可广泛适用于各种体制的激光通信终端,进行星地、星间激光通信建链。同时,该调制器具备模拟调制的功能,可实现星间微波光子信号的透明转发。

利用基带直调信号注入锁定半导体激光器产生全光上变频信号的研究

提出了一种将低速基带信号直调产生的宽谱信号,注入至用于上变频的分布反馈式半导体激光器(DFB-LD),利用调制信号光谱中的高阶分量对从激光器进行相位锁定,从而产生光学上变频信号的方法。对直调信号注入锁定DFB-LD产生光学上变频信号的机理进行了理论分析,完成了2.5Gb/s伪随机码基带信号通过直调并注入从激光器,分别产生了30,35,40GHz副载波频率的全光上变频信号的实验,并在时域和频域上,对上变频信号的特征进行了研究。该方案结构简单,无需高速外调制器及高频本振,具有集成潜力,理论上可产生更高载频(如60GHz),对目前的光-无线混合接入提供了一种可行的解决方案。

基于FP-LD中模式竞争机理的全光波长变换研究

低成本、低功耗和可集成是目前波长变换技术所追求的目标。提出一种基于法布里-珀罗型激光二极管(FP-LD)中模式竞争机理的全光波长变换方案。通过在FP-LD不同模式中注入恒值探测光和信号光产生双模式竞争,从而实现波长变换。对波长变换产生的原理进行了分析,并对波长变换后信号的信噪比、消光比以及啁啾特性进行了实验研究。进行了10Gb/s非归零(NRZ)信号在不同波长上的波长变换及其20km传输实验。误码率测试数据结果表明波长变换后的功率代价小于1dB,各个波长信号传输20km后的功率代价均小于1dB。

基于注入锁定法布里-珀罗型激光二极管的超宽带信号产生技术

提出了一种基于三波长注入法布里-珀罗型激光二极管(FP-LD)产生超宽带(UWB)信号的方案。在FP-LD不同激射模式中注入一路信号光和两路直流探测光,实现多波长变换并得到两路反码输出和一路正码输出;再通过光纤进行色散走离,使不同波长信号之间产生时延,形成UWB脉冲,最后经过光电转换产生UWB信号。对所提出的UWB信号产生方案的原理进行分析,并对UWB信号的波形以及频谱特性进行了实验研究。在此基础上,进行了1.25Gb/s非归零码(NRZ)信号注入FP-LD产生差分编码UWB信号的实验。实验产生的UWB脉冲信号半峰全宽最小为83.3ps,10dB谱宽约为4.6GHz,其频宽比为107%。

基于直流光注入直调DFB-LD的可调光毫米波信号产生技术

提出了一种基于直流光注入直接调制分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)的载波可调的光毫米波生成方案,利用直接调制DFB-LD的输出瞬态波长随驱动电流增大而蓝移的特点,将直流光注入至直调DFB-LD的0码波长附近注入锁定。锁定的直调激光器在1码时输出的蓝移波长与原注入波长相位相干,再通过光电探测器将拍频信号转换为调制的光毫米波信号。实验重点讨论了40GHz光毫米波的产生,同时完成了30、40、50和60GHz光毫米波的可调谐性实验。本文的方案结构简单,无需外调制器和微波本振,载波可调并可产生高至60GHz光毫米波信号,可作为光/无线混合接入中成本节省的光上变频方案。

基于热非线性效应的硅基串联双微环谐振腔全光开关

易于集成、高消光比是目前全光开关的研究目标。采用硅基串联双微环谐振腔的方案,双环半径均为10μm,理论分析认为串联双微环谐振腔可以有效改善光开关的消光比,并在此基础上进一步研究了基于硅基串联双微环谐振腔热非线性效应全光开关的基本特性。实验中,通过易耦合的离面耦合方法,利用面内单光注入技术,得到串联双微环谐振腔同谐振波长处最大陷波深度为27dB,并通过调节注入光功率,实验得到基于热非线性效应的最大开关消光比为20.2dB,热非线性红移变化量为136.4pm/mW;采用面内双光注入技术,测得开关时间分别为2.84μs和3.04μs,并与面内单光注入测试结果进行了对比分析。实验测试结果与理论分析相符,为高集成化、高性能光路由和光调制器提供可行的方案。

基于分布反馈注入锁定的连续可调光子微波倍频实验研究

提出了一种基于注入锁定分布反馈式(DFB)激光器的双波长差频微波/毫米波信号产生方案。方案利用正弦波光信号通过半导体光放大器(SOA)进行非线性展宽,产生高阶分量,然后注入到两个DFB激光器后进行锁定放大,产生频率连续可调的倍频信号。在实验中,注入的正弦波光信号频率为1.25GHz,得到20～40GHz频率范围内1.25GHz的任意自然数倍的连续可调微波信号,其最高倍频数为32。

基于光纤光参量放大的多通道全光非归零/归零码转换器

提出了一种基于光纤光参量放大器(FOPA)的多通道全光非归零码(NRZ)/归零码(RZ)调制格式转换的方案。该方案中,非归零码信号与同步的时钟抽运光共同注入到高非线性光纤(HNLF)中,由高非线性光纤构成的参量放大器把非归零码信号转换为归零码信号,同时不改变信号光的波长。多通道的码型转换器以两路10Gb/s的非归零码进行了实验论证。转换后的归零码信号的信噪比(SNR)高于7.6dB,其脉冲宽度约为30ps,并且具有3dB的消光比(ER)提高。根据多通道码型转换器的实现原理,该码型转换器可以应用于40Gb/s或更高比特率的多通道码型变换操作。

新型无本振毫米波光纤无线通信上变频系统

基于低速信号注入法-珀(FP)激光器可实现无微波本振光纤无线通信(RoF)上变频技术,但是得到的微波本振频率受到FP激光器中四波混频效率的限制,难以直接实现毫米波载波的RoF上变频。在注入锁定FP激光器的基础上提出了一种新型的、低成本的在光域直接产生毫米波载波的RoF上变频方案。由于注入锁定FP激光器过程中的动态载流子特性,上变频得到的载波信号带有正啁啾,故可用负色散介质对载波信号进行脉冲压缩,从而增强高阶谐波分量以完成毫米波载波的无本振RoF上变频。实验中采用2 Gb/s非归零码注入实现了载波为13.9 GHz,用2.5 Gb/s注入实现了载波分别为13.9 GHz和15.4 GHz的RoF上变频,并采用上述方案分别实现27.8 GHz和30.8 GHz的倍频载波分量的增强。进一步实验验证了用本方案实现载波频率约60 GHz可调谐毫米波的无本振RoF上变频的可行性。

基于非线性光纤环镜的40Gb/s可重构光逻辑门

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应,透射传输函数重构的自由度低,可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上,分析了NOLM中探测光的偏振态的演化,以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下,可以更加自由地构建不同透射传输函数,从而利用单一NOLM结构,仅通过调节偏振控制器,即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中,完成了两路40Gb/s的数据信号之间的"非"、"与"、"或"、"或非"、"同或"、"异或"等各种基础组合逻辑,验证了方案的可行性。

基于偏振态变化时延估计的分布式光纤传感系统

提出一种基于偏振态(SOP)变化时延差估计的分布式光纤传感系统。本系统采用两个直流光信号在传感光纤中双向注入,振动会对正向和逆向光造成SOP变化,在各自的尾端利用起偏器检测SOP变化并转换为光强信息。两路信号间的时延差表明了振动的位置信息。对时延差形成的原因进行了理论分析,并阐明利用互相关算法计算该时延差并进行分布式传感、定位的原理。实验证明了该定位原理的正确性,将所得两路电信号利用快速傅里叶变换(FFT)互相关算法,对偏振扰动点进行定位,取得到较好的结果,实验结果表明系统定位精度可达0.8%,定位误差小于300m。

基于FP-LD注入的无本振光载波全光混频技术

提出了一种基于低速信号注入法布里-珀罗型激光二极管(FP-LD)的无本振全光混频技术,利用FP-LD的一个纵模和外部注入信号光的四波混频作用生成的边带锁定纵模产生光载射频信号。通过改变FP-LD的注入光信号强度和偏振态实现副载波频率可变,并根据FP-LD注入锁定特性分析实验结果得到的不同边模抑制比。实验中采用2.7,2.5,1.25 Gb/s非归零(NRZ)码注入FP-LD实现副载波频率分别为16.2,10.0,18.2和20.0 GHz的全光混频,测量16.2 GHz的副载波得到了10 kHz偏移处单边带相位噪声为-81.2,-87.7 dBc/Hz。

利用光参变放大同时实现双波长全光判决的实验研究

为了能够对多路光信号同时实现整形再生,提出了一种在高非线性光纤(HNLF)中利用单抽运光参变放大(OPA)同时实现双波长全光判决的实验方案。该方案基于一段500m长的HNLF,输入信号为两路不同波长的10Gb/s伪随机归零(RZ)码信号,抽运光为10GHz的时钟脉冲。信号光与抽运光在HNLF中发生参变过程,通过两个光带通滤波器,分别滤出两路闲频光波长信号,可以在同一段HNLF中同时实现双波长全光判决。实验中,对两路10Gb/s伪随机归零码信号进行了恶化,以仿真长距离传输损耗及失真,恶化后信号的消光比(ER)分别为9.17dB和8.27dB,判决后的信号ER分别提高到12.8dB和12.66dB。通过实验论证了一种双波长全光判决的实现方案。

基于光参量放大的高速实时光取样技术

提出了一种基于光参量放大的高速实时光取样方案.利用色散介质对光纤锁模激光器产生的窄脉冲源进行色散展宽,从而产生线性啁啾光信号.将该信号和被取样信号同时送入高非线性光纤,利用高非线性光纤中的参量放大效应,将被取样信号的强度信息调制到线性啁啾光信号上.在接收端利用不同中心波长的滤波器即可滤出不同时间点的取样信号,从而在光域同时完成了高速实时光取样和取样信号的串—并转换.是实现高速实时取样技术的一种极具竞争力的实现方案.实验中,实现了对10Gb/s非归零码OOK信号的40GS/s的高速实时取样系统,并转换为4路10GS/s取样信号输出.在接收端成功根据4路取样信号恢复出被取样信号波形,验证了该实时光取样方案的可行性.

基于光相位信号延时自相干的相位信息高速实时取样系统

提出了一种基于光相位信号自相干的高速光相位实时取样方案。利用时延为10ps的延时干涉仪(DI),将待测光信号的相位信息转换为强度信息;再在高非线性光纤(HNLF)中,利用四波混频(FWM)效应对强度信号进行取样。在接收端,利用不同中心波长的光滤波器(OBPF)即可滤出不同时间点的取样信号,从而在光域同时完成高速光相位信息的实时取样和取样信号的串-并转换。本文方案具有成本低、对测信号码率和波长不敏感的优点。实验中,对9GHz正弦调制以及10Gb/s非归零码调制的光相位信号实现了100G/s的高速实时取样系统,并转换为10路10G/s取样信号输出,最终恢复取样光信号的相位波形。

40Gb/s至8路5Gb/s全光串并转换实验研究

提出了一种新型的40 Gb/s全光串并转换(AOSPC)的实现方案,该系统主要由波分/时分脉冲光源的产生与顺序多波长变换两个部分构成。实现了信道波长数目和重复频率可调的波时分脉冲光源;分析了基于单个半导体光放大器(SOA)中的交叉相位调制效应(XPM)实现顺序多波长变换的原理,并在此基础上采用顺序多波长变换技术实现了将40 Gb/s的串行输入光信号转换为8路5 Gb/s的并行输出信号。该技术可将高速率的光信号转换成为多路低速率信号,进而可以使用现有的电子器件对信号进行处理,为下一步的光分组交换中的报头处理技术和光随机存取存储器(RAM)的研究提供了一种可行的思路。

基于低速光调相信号注入DFB-LD产生4～16倍频的40GHz和60GHz毫米波信号

提出一种基于低速光调相信号注入半导体分布反馈激光器(DFB-LD)产生最低4倍频,最高16倍频的40GHz和60GHz的毫米波调相信号。该方案利用注入光的N阶调相边带锁定DFB-LD的波长,同时DFB-LD放大此调相边带并与原注入光信号通过相干差拍作用在LD腔内形成毫米波调相信号。通过理论建模分析了工作原理,经系统实验验证了此方案的可行性。应用2.5,5和10GHz的光调相信号均得到40GHz或60GHz的毫米波信号,实现了最低4倍频,最高16倍频的毫米波信号产生,并通过单边带相位噪声的测量验证了毫米波的频率稳定度。