超宽带射频脉冲信号的全光处理基础研究

光学超宽带(UWB)射频信号具有抗干扰性能强、传输速率高、传输距离长以及和光网络兼容等优点，成为微波光子学的重要研究分支，而UWB信号的全光操作可实现UWB无线通信和全光通信网络之间的完美兼容。本项目创新性地提出利用单个半导体光放大器(SOA)的多种非线性效应实现UWB射频信号的全光处理技术，包括UWB信号的全光产生、全光调制和编码技术，该方案具有实现结构简单、灵活性强、响应和调制速率高等优点。本项目重点开展两个方面的研究：第一，基于SOA的交叉增益调制和自增益饱和效应，研究UWB光脉冲的产生和各种调制方案，包括脉冲形状调制和幅度调制；第二，基于SOA的交叉相位调制效应研究UWB光脉冲的脉冲极性调制及其编码技术，重点将UWB光脉冲调制技术和CDMA技术相结合探索多用户全光UWB无线通信。

光学超宽带(UWB)射频信号具有抗干扰性能强、传输速率高、传输距离长以及和光网络兼容等优点，成为微波光子学的重要研究分支，而UWB 信号的全光操作可实现UWB无线通信和全光通信网络之间的完美兼容。本项目创新性地提出利用单个半导体光放大器(SOA)的多种非线性效应实现UWB 射频信号的全光处理技术，包括UWB 信号的全光产生、全光调制和编码技术，该方案具有实现结构简单、灵活性强、响应和调制速率高等优点。本项目具体的研究成果包括如下内容：第一，利用SOA的多种非线性效应，诸如增益饱和效应、交叉增益调制和交叉相位调制等，成功产生了双极性多形状、高谱效率的UWB脉冲，例如基于SOA的非线性环镜成功获得双极性monocycle脉冲、doublet脉冲、以及任意阶UWB脉冲（包括了从一阶到四阶UWB脉冲）。同时，基于SOA的交叉相位调制效应实现了UWB信号的码分多址接入（CDMA）编码技术，实验展示了4用户通信。其中我们提出了一种直接利用电学带通滤波器直接任意形状的脉冲进行频谱切割成UWB频率特征的要求，并加载在光波上，通过光纤传输，该方法十分简单，结合光纤长距离传输和电学滤波非常灵活的优势。第二，我们在光学微分器的研究也取得了重要进展。我们成功地在单个硅基芯片上制作了多个级联的马赫增德尔干涉仪和微环谐振器，并用这些芯片实现了任意阶光学微分。我们也实现了一些新颖的微波光子学滤波器，诸如带通带阻可切换的滤波器以及带通带、通平带滤波器，其中一些滤波器已成功运用于大范围微波频率测量领域。第三，我们利用非相干频时映射技术和相干频率谱线操控技术，实现了光学任意波形的产生。在该项目的资助下，发表了与本课题直接相关的SCI论文32篇（含PTL 4篇、PJ 3篇、OE 3篇、 OL 1篇、JLT 2篇、TMTT 1篇），有5篇文章被国际会议接收（含OFC 2013口头报告1篇），申请国家发明专利一项，同时培养博士研究生3名，硕士研究生2名。