基于光电振荡器的多波形产生及角速度测量技术研究

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微波光子学技术是融合了微波技术和光子学优势的新兴技术,它旨在利用光学技术的高速率、大带宽、低损耗及抗电磁干扰等固有优势,解决传统微波技术(例如高速率波形信号的产生等)所面临的带宽及速率瓶颈等问题。其中以光电振荡器(OEO)为代表的光生微波技术突破了传统微波源的相位噪声的极限,成为了国际研究热点。本文针对此热点,围绕着基于OEO的微波波形产生技术及角速度测量技术两方面展开了研究:一方面探索新型的微波波形信号的产生方法,旨在降低系统的复杂性及成本、提高系统灵活性及产生信号的质量。另一方面,应用微波光子技术将光学角速度测量系统转换成微波光子角速度测量系统,保留其光学系统的灵敏度的前提下,充分发挥微波频率测量精度远高于光频率测量精度的优势,通过频率测量实现Sagnac效应的检测,从而实现高精度的角速度测量。具体工作如下:多波形产生方面:1.充分利用强度调制器调制特性及其偏振敏感特性,提出并实验验证了一种结构简单、操作灵活的频率可调谐的三角波波形信号产生方案,成功生成了重复频率为8 GHz,10 GHz和12 GHz的三角波信号;2.利用注入锁定过程中的选频放大的特性,通过时域合成实现9 GHz,10 GHz和12 GHz三角波信号产生;3.利用级联调制的调制特性,采用时域光脉冲整形方法,产生频率为3 GHz的方波,三角波,锯齿波(或反锯齿波)和倍频锯齿波(或倍频反锯齿波)多种波形信号;4.基于所提出的时域脉冲整形理论,结合波长双环OEO系统,生成了 4.9641 GHz的三角波、矩形波和锯齿波(或反锯齿波)波形信号;5.结合双环OEO和频域-时域映射技术成功产生低相位噪声和低时间抖动的10 GHz的锯齿(或反锯齿)波形,三角波形和高斯脉冲波形信号。角速度测量方面:提出并实验验证了一种新的基于耦合式光电振荡器(COEO)的角速度测量方案。在COEO谐振腔中,光学载波和一阶边带之一被偏振延迟干涉仪分开,并在Sagnac环路中以相反方向传播。光学载波和一阶边带之间的旋转引起的相位差在COEO系统中产生频移。使用不太复杂的高分辨率微波检测技术来提高频率差的检测分辨率。实现了高灵敏度角速度测量,灵敏度标称度为172.04 kHz/(rad/s)(角速度每秒变化1 rad时对应频率变化172.04 kHz),其对应可检测角速度为1.2°/h。
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