基于光纤Mach-Zehnder干涉仪的光脉冲时域操控和微波光子滤波器

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快慢光现象,也称为光脉冲时域操控,和微波光子滤波器都是属于光学手段和微波技术的交叉方向,也是最近几十年科研领域的研究热点。快慢光在实现光缓存、光存储等全光通信手段方面有重要的应用前景,同时在非线性效应增强、光传感和光控相控阵雷达等工程应用领域也有重要的应用价值。而微波光子滤波器在光学微波信号处理,光控相控阵天线,ROF系统,光生微波技术等方面有广泛的应用。  快慢光是对光脉冲包络群速度的操控;微波光子滤波器是采用光学手段实现微波滤波的装置。由于光脉冲的群速度定义为包络峰值位置的移动速度,通常探测手段也是基于光电探测和光电转换。两者有重叠的部分,快慢光可以用于操控微波光子滤波器抽头的相位,而在某些作为微波光子滤波器的结构中同时也存在快慢光现象。  快慢光在形成机理上可以分为材料快慢光和结构快慢光两类,本论文的主要工作集中在对结构快慢光的研究。本论文发现了光纤非平衡Mach-Zehnder干涉仪(MZI)中的交叉强度调制(XIM)效应,并系统论证了基于此效应可以对光脉冲进行时域传输操控。实验上,我们通过在光纤MZI两臂中异步调节光强度的损耗,实现了具有干涉仪频域传输函数最低点位置频率的光脉冲包络时域上最大移动。这是首次在光纤非平衡MZI中实现快慢光效应,同已有方案相比,我们的方案设计灵活,结构简单,且无调制频率限制,延迟带宽积大。  本论文第二部分的内容,提出了一个基于光纤MZI中内嵌啁啾光栅(CFBG)的连续精细可调谐微波光子滤波器。实验中,我们使用CFBG作为色散延迟介质,利用了其大色散、长栅区、宽带宽的优点。我们使用的CFBG栅区长度约16cm,带宽约2.29 nm,色散绝对值约1137 ps/nm。我们通过在MZI两臂中嵌入一对反向的啁啾光栅,实现了一个二抽头的带通滤波器,并在理论上根据双边带调制模型系统分析了其实现机理。通过在CFBG带宽内调谐激光器的出射波长,实现了滤波器的可调谐。我们设计的滤波器具有结构简洁、精细连续可调、可设计性强等优点,调谐精度为亚MHz量级。我们的方案对于实际工程应用具有重要借鉴意义。
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