基于时域运算的光子微波波形变换研究

作     者：陈祥平 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江阳

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：微波任意波形 包络函数运算 全光信号处理 时域信号运算器 乘法器 微分器 

摘      要：微波任意波形广泛应用于信号处理、雷达、传感等方面。传统的微波波形产生与转换是在电子系统内实现的。然而,由于电子器件速率低、带宽小等问题使其无法满足现代信息系统的要求。而光子技术具有速率高、大容量等优势,能够轻易克服电子器件难以解决的带宽限制等问题。本论文针对光子微波波形变换产生关键技术,对基于信号包络时域运算的光子微波波形变换进行了相关的理论与实验研究。首先,介绍了光子微波波形产生与变换的研究背景与意义,并对近年来光子微波波形产生与变换的方案原理及研究现状进行了总结和概括。其次,详细介绍了部分波形变换的关键器件——乘法器、微分器的定义、分类、实现原理以及重要应用。最后,提出了多种基于光子时域运算器的全光微波波形产生与变换的方案,并从理论、仿真以及实验等方面对所提出的方案进行了验证。此外,对基于数学微分定义式的微分方法进行了完善的理论分析并找到了延时量与拟合系数之间的关系;在相调加滤波的微分方法中,推导了当相调探测光为强度函数波形时信号变换的理论结果,对此类微分方法的理论分析与应用作了进一步的扩展与完善。实验中,通过两类不同运算原理的微分器将初始的5GHz三角脉冲分别变换为5GHz的矩形脉冲和10GHz的锯齿(反锯齿)脉冲。此外,以SOA作为乘法器,实现了5GHz的亮、暗抛物线脉冲的产生,并通过一阶微分运算将其进一步转换为反锯齿、锯齿脉冲。该方法在数学上直观,在实验上可实现可视化调节,不仅为全光微波波形的产生、变换、运算提供了新的技术途径,同时也为未来可集成化的高速全光信号处理及通信系统提供了思路。