全光无滤波可调可切换超宽带脉冲产生的研究

Ultrawideband (UWB) is a promising technology in short-range, high-capacity wireless communication systems and broadband sensor networks, for it has the advantages of wide band, high speed, low transmitting power, low power consumption and good security performance. However, UWB signal is not suitable for long-distance transmission. But fiber-optic systems have the advantages of low loss and good performance of anti-interference in long-distance transmission. Therefore, it has attracted great attention to generate UWB signal directly in optical domain. Many previous schemes used specially fabricated filters, which increased the costs of the systems. Switchable and tunable scheme has rarely been reported and the generated signal was not at a single wavelength in this kind of schemes. In this project, we will utilize the nonlinear effect of two oppositely transmitted lights in semiconductor optical amplifier to obtain positive and negative Gaussian pulses, then introduce tunable time delays among the pulses, to achieve tunability of pulse width and radio frequency spectrum and switchability of pulse polarity by selecting combination of pulses and adjusting the time delays and optical powers. In this way, we will realize all-optical filter-free tunable and switchable UWB pulses at a single wavelength. The system structure is greatly simplified and the cost is reduced. UWB-over-fiber system will be more flexible by using this method.

无线通信中的超宽带（UWB）技术由于具有带宽极宽、传输速率较高、发射功率很低且功耗小、保密性较好等优点，因而在短距离、大容量无线通信系统及宽带传感网络中具有非常大的应用潜力。但由于UWB信号不适宜在空气中长距离传输，而光纤系统在长距离传输时则具有低损耗、抗干扰能力强等特点，因而在光域内直接产生UWB信号近来引起了极大的关注。目前已报道的很多方案需要使用特别设计的滤波器，增加了系统的成本。另外可调又可切换的方案非常少，且产生的信号不在单一波长上。本项目拟使用双端面入射的半导体光放大器中的非线性效应来得到极性互为相反的同一波长的高斯脉冲，然后在脉冲间引入可调延时，通过组合方式的选择以及延时量和光功率的调节来实现UWB脉宽和射频谱的可调谐，以及脉冲极性的可切换。这样就极大地简化了系统结构，降低了成本，在单一波长上实现了全光无滤波的可调可切换UWB脉冲，使光纤UWB系统的应用更灵活。

超宽带（Ultrawideband, UWB）是一种无线通信技术，它具有传输速率快、通信距离短、发射功率很低、保密性较好等特点，被认为是一种非常有前途的新兴技术。由于传统的UWB信号为电信号，在空气中传播时损耗非常大，极大的限制了UWB技术的应用范围。而光纤具有容量大、损耗小等优良特性，可用来进行信号的远距离传输。若将无线信号调制到光纤上进行远距离传输，可以使UWB的应用范围得到极大的拓展。若使用全光的方式产生UWB信号，有利于UWB系统得到进一步的简化和更好的兼容。. 目前对光学UWB脉冲产生的研究中，脉冲极性可切换、脉宽和射频谱（Radio Frequency, RF）可调谐的方案较少，没有在单一波长上实现全光UWB脉冲可调和可切换的发生方案。本项目利用半导体光放大器（Semiconductor optical amplifier, SOA）的波长转换，利用光纤通信中的常用器件，在单一波长上构造了可调和可切换的全光UWB发生方案，实现了UWB信号脉宽和RF谱的可调，以及脉冲极性的可切换，使得UWB系统的应用更灵活，且简化了系统、降低了成本，并避免了信号的走离。主要内容和结果如下：. (1) 光学单一波长上可调可切换UWB脉冲传输模型的建立及产生方案的设计。依据增益动态方程和光场传播方程，并将传输过程数值化，建立SOA中超宽带信号的传输模型。并在此基础上，根据SOA中交叉增益调制效应的作用特点，利用SOA和可调延时线等器件，对两路信号进行延时组合，设计出光学单一波长上可调可切换的一阶和二阶UWB脉冲产生方案。. (2) 光学单一波长上可调可切换UWB 脉冲产生的仿真。将之前设计的方案带入模型进行MATLAB仿真计算，得出输出信号的时域及频域仿真结果，实现了一阶和二阶UWB信号极性可切换、脉宽和RF谱可调。. (3) 光学单一波长上可调可切换UWB脉冲产生的实验研究。根据设计并优化好的方案进行实验研究，在实验中分别产生了一阶和二阶光学UWB脉冲，得出输出信号的时域及频域结果，实现了一阶和二阶UWB信号极性可切换、脉宽和RF频谱可调，且与此前的仿真结果基本吻合。另外还进行了信号的光纤和无线传输实验，信号经传输后未发生走离，信号质量可接受。