基于光梳的奈奎斯特脉冲信号生成技术研究

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微波光子学是融合了微波技术与光学技术的新型交叉学科,近几十年发展尤为迅速,其应用涉及到微波和光学领域的各个方面。光奈奎斯特脉冲是微波光子学信号生成中的关键技术之一。随着“互联网+”时代的到来,作为互联网和通信网基础的光传输网络面临的压力越来越大,扩容措施刻不容缓。通常人们采用增加信道带宽的办法,但是频率资源是有限的,因此人们开始研究如何提高频谱利用效率。理论上奈奎斯特信号具有最小的信号带宽,但是受到电子器件带宽及采样速率的限制,在电域很难产生高速信号,而全光奈奎斯特信号既能实现高速信号产生,又能提高频谱效率,具有极大的应用前景。此外,该脉冲在全光信号处理,光谱学,光存储等方面也有着重要的应用,所以引起了国内外学者的广泛关注。生成光奈奎斯特脉冲信号的方法有多种,一些侧重于设计结构的简单与灵活,一些侧重于生成的脉冲的参数及质量。本文主要研究的是基于傅里叶变换的时频二元性的Sinc型光奈奎斯特的直接生成方法。首先使用电光调制器生成具有窄线宽、振幅相等、相位呈线性变化的均匀光学频率梳,也称为光梳,经时频变换后,在时域直接生成序列Sinc型光奈奎斯特脉冲,简记为Sinc脉冲。本文首先研究了使用单个强度调制器(IM),单个双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM),两个级联IM,两个级联DPMZM的方案,分别生成了满足条件的3线、5线、9线、25线不同频率间隔的光梳,经过时频变换后生成Sinc型光脉冲。并分析了级联调制器时,其参数设置应该满足的条件。在此基础上提出了使用DPMZM与IM生成Sin脉冲的方案,其频域生成的是满足上述条件的15线光梳,通过改变输入射频频率可以改变生成Sinc脉冲的重复速率及过零脉宽。并对这些方案进行了公式推导与VPI软件仿真验证,最后使用Matlab软件对比在归一化的频率下,不同的光梳线对应的Sinc脉冲。本文还研究了Sagnac环效应,利用该效应,提出了在Sagnac环中加入IM,形成S-IM方案,生成了5线光梳的Sinc型光奈奎斯特脉冲方案。然后利用级联调制原理结合S-IM环设计了级联的IM与S-IM、S-IM与S-IM结构分别生成了15线,25线光梳的Sinc光脉冲,同样使用VPI与Matlab软件进行了相关的仿真,该方案突破了IM只能生成3线的光梳的脉冲,更具灵活性;且结构简单,易于控制。另外,由于使用的是Sagnac环,沿正反两个方向传播的光在同一个光纤环路中传播,环境的影响对系统的稳定性影响是有限的,具有一定的研究价值和使用价值。
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