基于光纖延時(shí)線的可調(diào)微波移相器的制作工藝與噪聲研究.pdf

1、光纖延時(shí)線技術(shù)是微波信號(hào)處理領(lǐng)域中非常重要的一個(gè)發(fā)展方向。它利用光信號(hào)在傳輸中產(chǎn)生的延時(shí)，達(dá)到控制輸出信號(hào)時(shí)序、相位等目的?；诠饫w延時(shí)線技術(shù)的微波移相器，具有時(shí)間帶寬積大、損耗小、抗電磁干擾等特點(diǎn)，可以通過光學(xué)真延時(shí)實(shí)現(xiàn)超過° 180 微波相移。尤其是可編程光纖延時(shí)線移相器，通過動(dòng)態(tài)切換微波相位，能夠?qū)崿F(xiàn)光控相控陣?yán)走_(dá)的波束掃描。為了提高系統(tǒng)的移相精度和波束掃描速度，高精度延時(shí)光纖的制作和快速光開關(guān)技術(shù)成為這類新型微波移相器的關(guān)鍵。本

2、文主要工作針對(duì)上述問題，通過對(duì)一種基于半導(dǎo)體光放大器的3n 光纖延時(shí)線結(jié)構(gòu)的可調(diào)微波移相器系統(tǒng)進(jìn)行制作工藝和傳輸信號(hào)噪聲特性的研究，探索光纖真延時(shí)技術(shù)在微波移相器中的可行性及其應(yīng)用價(jià)值。 首先，半導(dǎo)體光放大器作為一種具有高速開關(guān)效應(yīng)的有源光器件，應(yīng)用在光纖真延時(shí)微波移相器中，能夠保證系統(tǒng)的相位切換速度。而且它還具有線性放大、非線性作用等多種功能，在光放大器、光開關(guān)和全光信號(hào)處理等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。新型基于SOA 光纖延時(shí)線可調(diào)微

3、波移相器，不但具有微波掃描速度快、能夠補(bǔ)償級(jí)聯(lián)損耗、改善傳輸信號(hào)噪聲性能，而且在相同的器件數(shù)下能夠提供最多的延時(shí)量組合，起到節(jié)約成本、減輕重量的效果。為此，本文首先分析研究了SOA的基本性能，結(jié)合3n 光纖延時(shí)線移相器的應(yīng)用，設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)的SOA 驅(qū)動(dòng)電路，并且通過對(duì)電路的調(diào)試，做出優(yōu)化與改進(jìn)。 其次，本文研究了基于光纖延時(shí)線的可調(diào)微波移相器的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——高精度延時(shí)光纖的制作。我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套高精度的光纖延時(shí)線拉伸系統(tǒng)

4、，并開發(fā)了配套的工藝流程。高精度光纖微拉伸系統(tǒng)分為精密測(cè)量、可調(diào)加熱、精密拉伸和操作平臺(tái)等四個(gè)模塊?？烧{(diào)加熱模塊將溫度提升到約560℃，在測(cè)量系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)下，通過高精度步進(jìn)電機(jī)對(duì)光纖進(jìn)行拉伸。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，找到了整個(gè)拉伸系統(tǒng)的最佳工作參數(shù)。在工藝流程的配合下，我們實(shí)現(xiàn)了1ps的延時(shí)精度，誤差不超過10％。這套高精度的光纖延時(shí)線制作系統(tǒng)與工藝流程，不但在研究過程中發(fā)揮了很大的作用，碩士學(xué)位論文基于光纖延時(shí)線的可調(diào)微波移相器的制作工藝與噪聲研

5、究而且也適用于全光采樣、光時(shí)分復(fù)用等對(duì)光纖長(zhǎng)度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。 最后，本文從光學(xué)和電學(xué)兩方面，對(duì)基于上述結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微波移相器系統(tǒng)進(jìn)行了信號(hào)傳輸性能的理論和實(shí)驗(yàn)研究。在光學(xué)方面，由于器件之間存在的差異，導(dǎo)致延時(shí)線單元三路分支的輸出信號(hào)增益、信噪比等略有不同。光纖延時(shí)線微波移相系統(tǒng)中飽和工作的SOA 對(duì)信號(hào)噪聲有抑制作用。不同狀態(tài)下，一級(jí)延時(shí)線單元的輸出信噪比劣化程度改善達(dá)到6dB 以上。兩級(jí)延時(shí)線級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中，第一級(jí)延

6、時(shí)線中SOA 引入的ASE 噪聲是輸出信噪比惡化的主要因素。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)谝患?jí)延時(shí)線提供0dB 以上的增益時(shí)，輸出信號(hào)信噪比劣化程度不超過-28dB。我們還比較研究了SOA的傳輸結(jié)構(gòu)與反射結(jié)構(gòu)的噪聲特性。反射結(jié)構(gòu)中飽和工作SOA 對(duì)噪聲產(chǎn)生二次抑制，而且在較小的輸入信號(hào)下就能發(fā)生噪聲抑制現(xiàn)象。在電學(xué)方面，我們對(duì)光載微波信號(hào)在基于光纖延時(shí)線的移相器中的傳輸性能做出探索性研究。10GHz的微波信號(hào)調(diào)制到6dBm的1550nm 光信號(hào)上，通過