高线性、大动态范围的微波光子滤波系统研究

Microwave photonics filters with high nonlinearity and large dynamic range could be widely used in radar, sensor network, broadband wireless access network, and satellite communications.This proposal is devoted to use new methods to overcome some key limitations on the design of microwave photonics filter with high linearity and large dynamic range. The content of the proposal includes: (1) establishing a theoritical model for the microwave photonics filter that taking into accout the nonlinear responses of the modulator and the photodetector;(2)using new method to reduce the nonlinear harmonic signal of the modulator as well as to enhance the dynamic range of the photodetector before it is saturated;(3)studying the tunability of the proposed microwave photonics filter with large dynamic range;(4) studying the compatibility of the proposed scheme with the other microwave photonics filters.

具有高线性、大动态范围特性的微波光子滤波系统可以广泛地应用于雷达、传感网络、宽带无线接入网以及卫星通信等领域。本项目旨在解决目前国际上在设计高线性、大动态范围的微波光子滤波系统时所存在的技术难题，采用新的研究方案和设计思路提高微波光子滤波系统的线性度和动态范围。主要研究内容包括：(1)在综合考虑光调制器和光电探测器的非线性响应的基础上，建立微波光子滤波系统的理论模型，研究它们的非线性响应对系统的动态范围的影响；(2)研究减小光调制器产生的高阶调制边带的新机理，以及在避免光电探测器产生非线性响应的前提下，提高光电探测器的动态范围的新机理；(3)研究所提出的具有大动态范围的微波光子滤波系统的调谐性及其调谐范围；(4)研究本项目所提出的方案与其他微波光子滤波系统的兼容性。

具有高线性、大动态范围特性的微波光子滤波系统可以广泛地应用于雷达、传感网络、宽带无线接入网以及卫星通信等领域。我们提出了一种基于偏振调制器和Sagnac环的高线性微波光子链路。对于在Sagnac环中逆时针传输的光信号来说，偏振调制器，偏振控制器和起偏器构成了等效的强度调制器。而对于顺时针传输的光信号来说，由于传输速率不匹配，该信号没有被射频信号调制。这样，产生了一个强度调制的光信号和一个光载波。通过合理地设置系统的参数，如光功率比和相位差，可以有效地减小三阶交调信号。通过实验验证，三阶交调信号减小了45dB，达到了98.85 dB·Hz2/3的动态范围。比传统的基于偏振调制器的微波光子链路的动态范围提高了15dB。我们还研究了基于双驱动马赫泽德调制器的两抽头微波光子滤波器。通过调节调制器的偏置电压，滤波器的传输响应可以连续调谐。在此基础上由研究了基于宽谱光源、偏振调制器和色散元件的多抽头微波光子滤波器，实现了单通带和单阻带的功能。滤波器的中心频率可以在3到18GHz频率范围内连续调谐。在本项目的支持下，共发表SCI论文31篇，申请发明专利28项，其中已授权13项。研究成果“宽带微波信号产生与传输的光子技术”获得了中国光学工程学会科技创新奖1等奖。项目负责人2015年晋升为研究员，获得了中科院以及北京市人才奖共4项。