【摘 要】
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微波光子学是一门将微波技术和光子技术的优势相互结合的新兴交叉学科,能够通过光学的手段实现高频微波信号的产生、处理、传输和控制。光生微波信号是微波光子学中的一个重要研究分支,相比于传统电学方式产生的微波信号,不仅能够克服“电子瓶颈”的束缚,还具有带宽大、高频率、可重构性强、抗电磁干扰、体积轻、重量小等特点,因此广泛的应用在光载无线通信系统、数字卫星通信系统、雷达系统等领域。本文的研究重点为基于光学调
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微波光子学是一门将微波技术和光子技术的优势相互结合的新兴交叉学科,能够通过光学的手段实现高频微波信号的产生、处理、传输和控制。光生微波信号是微波光子学中的一个重要研究分支,相比于传统电学方式产生的微波信号,不仅能够克服“电子瓶颈”的束缚,还具有带宽大、高频率、可重构性强、抗电磁干扰、体积轻、重量小等特点,因此广泛的应用在光载无线通信系统、数字卫星通信系统、雷达系统等领域。本文的研究重点为基于光学调制滤波的微波波形信号产生技术,主要研究内容包括:（1）对微波光子学和光生微波波形信号的研究背景及其意义进行介绍。根据结构和原理的不同并且结合相关国内外研究现状对光生任意波形微波信号的方法进行了分类总结。（2）对光生微波波形信号的相关调制器件进行了详细阐述,并且仿真模拟了三种马赫-曾德尔调制器的调制方式;对基于光学滤波的微波信号任意波形产生理论从数学模型的角度上进行了推导,并且根据傅里叶级数理论通过Matlab软件分析了不同傅里叶分量下的三角波、方波和锯齿波的合成结果,为后续研究内容奠定基础。（3）提出了基于马赫-曾德尔调制器的微波波形信号光子产生方案,首先对该方案进行了理论推导,然后通过Optisystem软件进行了仿真验证。该方案中输出光信号分为两路,一路受到马赫-曾德尔调制器的调制,另一路则经过光延迟线产生相移,两路光信号在耦合器处合束,采用带通滤波器作为光谱整形器对耦合光信号进行滤波,通过光电探测器后能够得到微波波形信号。通过改变调制器的参数以及光延迟线所产生的相移,能够产生重复频率为10 GHz的三角波、方波、锯齿波和镜像锯齿波;改变驱动信号的重复频率,同时调整滤波器的滤波范围,还能够得到重复频率为5 GHz和20 GHz的三角波、方波和锯齿波。总的来说,此方案结构简单,微波波形可重构性强,微波信号重复频率易调谐。（4）提出了基于相位调制器的微波波形信号光子产生方案。首先通过Optisystem软件仿真分析了通过反相矩形滤波器对相位调制光信号进行整形滤波的三角波信号产生方案,仿真结果能够产生重复频率为10 GHz的三角波,并对该方案进行了理论推导;其次对反相矩形滤波器进行改良,提出一种改进方案,选择基于保偏光纤的正弦波滤波结构作为光谱整形器,其优点在于调整保偏光纤的长度以及控制偏振控制器的状态,由此可以灵活的调谐滤波曲线,并且分析保偏光纤的长度以及偏振控制器的旋转对正弦波滤波结构中相邻透射峰的影响;最后对改进方案进行了实验验证,产生了重复频率为10 GHz的三角波,方波以及一对极性相反的脉冲序列,波形之间的切换灵活捷变性较好。
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