光學鎖相環(huán)技術(shù)研究.pdf

1、光學鎖相環(huán)（OPLL）技術(shù)是一種利用電反饋控制的方法對光學信號頻率及相位進行鎖定的技術(shù)，其目的是實現(xiàn)兩個或多個不同的光載波之間相位的同步。光學鎖相環(huán)由于其體積小、功耗低、能夠主動抑制激光器的相位噪聲等特點，在相干光通信、相干光測量、微波光子學和相干功率合成等領域作為關(guān)鍵器件受到了研究人員的高度關(guān)注。
　　本文介紹了光學鎖相環(huán)技術(shù)的應用背景、分類和原理等，并且結(jié)合兩個不同應用背景對光學鎖相環(huán)技術(shù)進行了深入研究。在光頻域反射儀（OFD

2、R）中，著重研究了利用外差式光學鎖相環(huán)實現(xiàn)的寬范圍掃頻窄線寬激光器。在空間激光通信應用中，著重研究了科斯塔斯光學鎖相環(huán)在高靈敏度零差接收機中的應用。本文內(nèi)容包括對OPLL系統(tǒng)進行理論建模、結(jié)構(gòu)設計、系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、以及實驗結(jié)果分析等。
　　文章首先從各個子系統(tǒng)對光學鎖相環(huán)技術(shù)進行了理論分析，重點包括：光鑒相器（OPD），環(huán)路濾波器和光壓控振蕩器（OVCO）幾個模塊。在光鑒相器部分，從零差和外差對光鑒相器進行了分類，比較了不同光鑒相器

3、的特點和應用場合。在環(huán)路濾波器部分，利用經(jīng)典鎖相環(huán)理論對光學鎖相環(huán)環(huán)路進行建模，從環(huán)路帶寬、穩(wěn)態(tài)誤差、噪聲性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面對環(huán)路參數(shù)進行理論分析和仿真。在光壓控振蕩器部分，對激光器的不同頻率調(diào)制方式、調(diào)頻響應和激光器相位噪聲進行比較和分析。最后，本文還對光學鎖相環(huán)中的其他重要問題如延遲受限環(huán)路，復合環(huán)路技術(shù)以及光相位噪聲測量方法進行了研究。
　　在理論分析的基礎上，本文針對光頻域反射儀的應用，設計和實現(xiàn)了一套基于外差光學鎖相

4、環(huán)實現(xiàn)的寬范圍掃頻窄線寬激光器。主要工作包括：關(guān)鍵器件的選型、鎖相電路設計和環(huán)路參數(shù)優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，使用該發(fā)射模塊的光頻域反射儀系統(tǒng)，能在500 m的測量范圍內(nèi)獲得毫米量級的距離分辨率。
　　本文的另一部分實驗工作著重于實現(xiàn)基于科斯塔斯光學鎖相環(huán)的零差接收機。該非線性鎖相環(huán)路主要應用于實現(xiàn)高靈敏度星間激光通信接收機。本文完成了5 Gbps二進制相移鍵控(BPSK)接收機設計與優(yōu)化，實現(xiàn)了本振激光器與信號激光的相位跟蹤。實驗結(jié)果