宽带微波光子信号调控及处理技术研究

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1、内图书分类号：TN929.1密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文宽带微波光子信号调控及处理技术研究年级：二〇一一级姓名：姜恒云申请学位级别：工学博士专业：通信与信息系统指导老师：闫连山教授二〇一七年五月西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，

2、使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导老师签名：日期：2017年12月1日日期：2017年12月1日西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1、提出了两种可调谐全光滤波器和一种微波光子滤波器方案：(1)基于MZI结构，通过级联实现了带宽与中心频率独立可调谐的光梳状滤波器；通过并联实现

3、了在垂直、水平偏振维度上具有带宽、中心频率可调谐的光梳状滤波器；(2)基于相位调制到强度调制的转换，利用超低功率损耗的Si3N4微环谐振腔，实现了一种中心频率、滤波形状和带宽可编程的微波滤波器；2、提出了三种微波光子信号发生器：(1)基于光外差探测技术实现了单臂双回路结构、载频可调的2PSK信号发生器；(2)基于光频-时映射技术实现了不同极性和阶数的UWB信号发生器；(3)基于相干光和非相干光的交叉频-时映射的AWG信号发生器；3、提出了两种皮秒级高速频率切换方案：(1)基于光调制器的模、数混合调制方式实现了中心频率高速可调的周期函数切换，其切换速度小于100ps；(2)结合受激布里渊

4、效应，实现了具有MHz带宽的单带通函数以小于100ps速度切换；4、提出了一种大带宽、高精度、多频率的集成微波频率高速测量方案：基于砷化硫集成波导上的受激布里渊效应实现了频率测量范围为9~36GHz和测量精度小于1MHz的多频率测量方案。学位论文作者签名:日期：2017年12月1日ClassifiedIndex:TN929.1U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationBROADBANDMICROWAVEPHOTONICSIGNALMANIPULATIONANDPROCESSINGGrade:2011Can

5、didate:HengyunJiangAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DSpecialty:CommunicationandInformationSystemSupervisor:Prof.LianshanYanMay,2017西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要光纤通信技术以低损耗和宽带宽的自身优势作为高速大容量通信的关键技术，而微波通信技术则以其移动性和易于重构等特性在无线通信中发挥着重要作用。两门学科的快速发展与各自的瓶颈限制极大地促进了它们的融合，并且逐渐形成了一个新的学科——微波光子学。微波光子学是利用光学技术解决传统微波技术所面临的带宽及速率瓶颈

6、问题，包括微波信号产生、传输和处理等方面内容。随着微波光子学在军事和民用领域的应用越来越广泛，包括无线通信、有线电视、遥感探测、雷达和电子战等，更多新技术与新方法被应用到了微波光子系统中，对信号的可调控性要求也越来越高。为进一步提高微波系统的动态可调控性能和智能性，本论文围绕着宽带微波光子信号调控及处理技术进行研究。本论文在理论和实验的基础上进行了如下研究：首先研究了微波光子滤波器的机理与实现方式，包括全光滤波器和基于光子技术的微波滤波器；其次，研究了基于外差法和频-时映射法的微波光子信号生成技术，实现了二进制相位调制信号(2PSK)、超宽带信号(UWB)和任意波形信号(AWG)的产生

7、；再通过设计高速可调谐微波光子滤波器，实现了对微波频率的高速切换；最后，提出并实现了集成化的多频率、高精度和大带宽的微波频率高速测量方案。主要研究内容包括如下：在全光滤波技术中，建立了级联、并联的马赫曾德尔干涉(MZI)结构模型，通过参数分析和优化，实现了基于级联MZI结构的带宽、中心频率、自由频谱范围独立可调谐的光梳状滤波器；再基于并联MZI结构实现了在垂直、水平偏振态上分别具有中心频率、自由频谱范围可调谐的光梳状滤波器。可调谐全光梳状滤波器