光相位調(diào)制技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、光調(diào)制技術(shù)使得信息承載在光波上得以傳輸，是光纖通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)課題。近年來，相位調(diào)制技術(shù)成為光纖通信領(lǐng)域備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，主要?jiǎng)恿κ枪庀辔徽{(diào)制技術(shù)能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)的傳輸能力，不同程度的改善光纖信道的噪聲、色散以及非線性容納特性。光相位調(diào)制技術(shù)與微波技術(shù)相互融合，促進(jìn)了諸如光生微波源、光域微波信號(hào)處理等微波光子學(xué)領(lǐng)域的研究，使得光纖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。本論文著重研究了光相位調(diào)制技術(shù)，系統(tǒng)性研究了最小頻移鍵控(MSK)光相位調(diào)制碼型的生

2、成方式以及噪聲、色散和非線性等傳輸特性，并對(duì)光相位調(diào)制技術(shù)在微波光子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究，提出了一種基于光子學(xué)的微波信號(hào)移相技術(shù)，對(duì)其理論原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了深入分析。
　　 光調(diào)制格式及其傳輸技術(shù)的研究是一個(gè)有待繼續(xù)深入的、長(zhǎng)久的課題。非歸零碼(NRZ)、歸零碼（EZ）和載波抑制歸零碼(CSRZ)是光纖通信系統(tǒng)中最常用的調(diào)制格式，而新型光調(diào)制格式的研究則主要集中在光雙二進(jìn)制(ODB)，單邊帶/殘余邊帶調(diào)制(SSB/VSB)、

3、相位修正的二進(jìn)制調(diào)制格式(PSBT)、差分移相鏈控(DPSK)、差分正交移相鍵控(DQPSK)及其與歸零或載波抑制歸零調(diào)制相結(jié)合的RZ/CSRZ-DPSK和RZYCSRZ-DQPSK。這些調(diào)制格式各具特色，所獲得的效果各有千秋。研究結(jié)果表明：相對(duì)于NRZ碼型，ODB、VSB、PSBT以及DQPSK碼型的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在光纖色散容納能力；RZ、CSRZ碼型則主要用于提高系統(tǒng)的非線性容納能力；而相位調(diào)制格式(DPSK、DQPSK)在噪聲容納

4、方面體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，與RZ、CSRZ結(jié)合形成的RZYCSRZ-DPSK、RZ/CSRZ-DQPSK碼型，使得其系統(tǒng)性能同時(shí)在噪聲、色散、非線性三方面獲得了增強(qiáng)。但是，沒有一種調(diào)制格式能夠全方面的提高系統(tǒng)的性能，主要原因是，在傳統(tǒng)上許多先進(jìn)的調(diào)制格式用于線性的電子通信系統(tǒng)，而光纖傳輸系統(tǒng)中光纖以及光纖器件的非線性問題很難避免，非線性問題直接影響了這些調(diào)制格式的效果，尤其是當(dāng)調(diào)制格式更復(fù)雜時(shí)（如DQPSK），對(duì)傳輸系統(tǒng)的非線性更加敏感。近

5、年來，MSK作為一種特殊的π/2連續(xù)相位調(diào)制碼型，在噪聲、色散、非線性多方面表現(xiàn)出了許多有益的傳輸特性，逐漸引起了人們的關(guān)注。
　　 本論文的相關(guān)章節(jié)以MSK碼型作為研究對(duì)象，對(duì)比傳統(tǒng)的RZ-DPSK和RZ-DQPSK碼型，首次在40Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)中全面分析了光相位調(diào)制碼型的噪聲、色散以及非線性等特性。分析了在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SSMF)以及非零色散位移光纖(NZDSF)傳輸系統(tǒng)中色散管理方案對(duì)抑制MSK碼型非線性效應(yīng)的作

6、用。研究結(jié)果表明:MSK碼型的強(qiáng)度噪聲容納特性介于RZ-DPSK和RZ-DQPSK碼型之間，尤其是在局部色散較小的光纖傳輸系統(tǒng)中，MSK碼型有著較好的相位噪聲容納特性；MSK碼型有著優(yōu)異的抗激光器波長(zhǎng)漂移特性，其激光波長(zhǎng)漂移的容納能力大約是RZ-DPSK碼型的2倍，RZ-DQPSK碼型的5倍；MSK碼型的光譜寬度相對(duì)于RZ-DPSK和RZ-DQPSK碼型較窄，有著較高的譜效率，其色散容納特性介于RZ-DPSK和RZ-DQPSK碼型之間，

7、而PMD容納特性則與RZ-DPSK碼型相似。應(yīng)用優(yōu)化的色散管理方案，MSK調(diào)制碼型在局部色散較低的光纖中具有更加優(yōu)越的非線性容納，比如：在局部色散為17ps/nm.km的SSMF系統(tǒng)中，2dB功率代價(jià)的入纖功率小于5dBm，而在局部色散為4ps/nm.km的NZDSF系統(tǒng)中，2dB功率代價(jià)的入纖功率可達(dá)8dBm。
　　 基于光子學(xué)的微波移相器是光相位調(diào)制技術(shù)在微波光子學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，近年來，因其能夠有效提高微波信號(hào)的移相性能而

8、引起了廣泛的關(guān)注。微波移相器是干涉式天線陣、相控陣?yán)走_(dá)、衛(wèi)星通信以及移動(dòng)通信設(shè)備中的核心組件，微波通信向30-70GHz高頻率的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)微波器件是很大的挑戰(zhàn)，此時(shí)利用光子學(xué)技術(shù)來調(diào)制微波信號(hào)展現(xiàn)出很大吸引力。目前，國(guó)外已有專門的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)會(huì)議討論該方面的研究工作，研制出了各種不同類型的微波移相器，并在光控相控陣系統(tǒng)中得到初步應(yīng)用。
　　 本論文的相關(guān)章節(jié)創(chuàng)新性的提出了一種采用偏振光干涉技術(shù)來實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)移相的方法，并在試驗(yàn)

9、中對(duì)26.75GHz微波信號(hào)進(jìn)行了3600范圍的線性移相。相比較基于光實(shí)時(shí)延時(shí)(OTTD)技術(shù)的光子微波移相器，論文所提出的方案減少了插入損耗，可對(duì)微波信號(hào)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的移相；相比較基于外差混頻技術(shù)的光子微波移相器，論文所提出的方案不需要特制光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的調(diào)制器以及高頻譜純度的光源，進(jìn)一步降低了微波移相系統(tǒng)的復(fù)雜度，有效控制了系統(tǒng)成本：相比較基于矢量技術(shù)的光子微波移相器，論文所提出的方案避免了微波移相中的伴隨幅度調(diào)制問題，提高了移相的精確度。