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空间光混频器分光性能的分析与优化

光学精密工程 2017年第7期25卷 1748-1756页

作者：南航张鹏佟首峰刘洋郝世聪常帅范雪冰长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心吉林长春130022

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度,对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型,推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式,经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁... 详细信息

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度,对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型,推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式,经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁相环要求时,可通过提高I支路信号光分光比来降低误码率和提高接收灵敏度。在分光比优化后光混频效率提高了53.5%,通信探测灵敏度提高了3dB。利用VPI软件进行建模仿真,得到不同分光比下系统的眼图和相位噪声功率。仿真结果显示,探测灵敏度提高了2.83dB。最后,搭建了零差相干光通信桌面实验系统,研究了空间光混频器分光比和系统误码率、锁相环工作的影响规律,当分光比由0.5减小至0.2时,系统误码率由3.53×10^(-9)下降至4.25×10^(-10),当分光比为0.1时,锁相环失锁,误码率为1。实验结果基本符合理论和仿真结果,所得分光比的影响规律和优化结果将为空间零差相干通信系统的研制提供技术参考。

关键词：零差相干光通信光混频器分光比相位噪声散粒噪声光混频效率

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基于聚合物多模干涉器的大容差相干光混频器

光电子．激光 2015年第2期26卷 233-238页

作者：翟羽萌王瑾许吉万洪丹陆云清南京邮电大学光电工程学院江苏南京210003

根据多模干涉器（MMI,multimode interferometer）的自映像效应,设计了基于2×4MMI的聚合物相干光混频器,优化光混频器结构参数;采用模式转换设计解决多模波导的自映像与单模波导模式失配的问题,从而进一步提高其性能。仿真结果表明,优... 详细信息

根据多模干涉器（MMI,multimode interferometer）的自映像效应,设计了基于2×4MMI的聚合物相干光混频器,优化光混频器结构参数;采用模式转换设计解决多模波导的自映像与单模波导模式失配的问题,从而进一步提高其性能。仿真结果表明,优化后的光混频器其传输损耗小于6.3dB,传输不均衡性小于1dB,相位误差小于1°,并且MMI长度与宽度的设计容差分别达到40μm和0.5μm。根据设计制备了聚合物光混频器,通过实验表征了此光混频器的传输性能。在C波段下的测量结果表明,其传输损耗小于10dB,不均衡性在0.5~1.5dB之间,相位误差小于10°,而达到这些性能的MMI长度与宽度的器件容差分别为25μm和0.5μm,均大于制备过程中0.1μm的工艺容差。测量结果与理论模拟结果基本吻合。本文的聚合物光混频器成本低、容差高,对实现高集成度相干接收机具有实际意义。

关键词：相干光接收系统光混频器多模干涉器(MMI) 聚合物波导

空间光混频器分光比调整与90°相位差补偿方法

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光子学报 2017年第6期46卷 139-145页

作者：曹海帅江伦张鹏南航佟首峰张立中长春理工大学光电工程学院长春130022 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室长春130022

对空间光混频器的90°相位差补偿的几种方法进行了比较分析,并在此基础之上提出了两种新方法.第一种方法采取旋转本振光支路的1/4波片来补偿相位差,旋转信号光支路的第一个1/2波片来调整I路与Q路分光比;第二种方法通过旋转本振光支路的... 详细信息

对空间光混频器的90°相位差补偿的几种方法进行了比较分析,并在此基础之上提出了两种新方法.第一种方法采取旋转本振光支路的1/4波片来补偿相位差,旋转信号光支路的第一个1/2波片来调整I路与Q路分光比;第二种方法通过旋转本振光支路的1/2波片和1/4波片到计算出来的角度来实现预定的相位差和分光比.对两种方法进行仿真分析和系统实验.采用第一种方法时,1/4波片快轴与x轴的夹角在-10°~10°变化时,相位差补偿范围为-14°~29°,分光比在0.7~1.4范围内变化;当1/2波片的快轴与y轴的夹角在35°~55°变化时,分光比在0.47~2.1范围内变化.采用第二种方法求解出I/Q路相位差分别为80°、85°、90°、95°、100°,I/Q路分光比分别为0.5、0.75、1、1.5、2时,1/2波片的快轴和1/4波片的快轴的位置.采用这两种方法均可以简单而精确地实现设定的相位差和分光比,有利于光锁相环的相位锁定以及解调出的信号强度的提高.

关键词：自由空间光通信相干通信零差光混频器相位补偿

晶体型2×4 90°空间光混频器的设计与研究

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晶体型2×4 90°空间光混频器的设计与研究

作者：韩建露西安理工大学

学位级别：硕士

相干光通信因具有灵敏度高、抗干扰能力强以及调制方式丰富等优点而成为了科研人员的研究热点。作为相干光通信系统终端的的重要组成部分,光混频器的性能对相干光通信系统的接收性能有着直接的影响,在通信系统中起着至关重要的作用。本... 详细信息

相干光通信因具有灵敏度高、抗干扰能力强以及调制方式丰富等优点而成为了科研人员的研究热点。作为相干光通信系统终端的的重要组成部分,光混频器的性能对相干光通信系统的接收性能有着直接的影响,在通信系统中起着至关重要的作用。本文根据空间光混频器的基本组成原理,综合利用光在单轴晶体中的传播特性,设计了一种适用于相干光通信系统的2×4 90°晶体型空间光混频器,并针对设计的光混频器展开了一系列研究。主要工作如下:1.根据晶体的双折射效应、波片的相位延迟效应以及偏振原理设计了一种晶体型2×4 90°空间光混频器。该混频器由三块双折射晶体和两块1/2波片来实现信号光和本振光的分束、耦合及再分束;一块1/4波片产生所需的相移,实现了 2×4 90°光混频器的功能。综合分析后,对晶体的结构进行了设计,给出了具体的结构参数。2.对设计的光混频器进行性能分析及结构优化。通过建立该混频器的误差分析模型,分别分析了各种因素对混频器的相位精度、支路能量的均匀性以及分光比的影响强烈程度;通过在信号光路增加一个1/2波片,并旋转该波片以及本振光路的1/4波片,对混频器的相位和分光比分别进行补偿和调整,以优化混频器的性能。3.光混频器的实验研究。对设计的光混频器进行加工制作,通过实验验证该混频器的功能,并将该混频器应用到相干光通信系统中进行进一步验证。理论分析结果表明,1/4波片对该混频器的相对相移以及分光比的影响最为剧烈,是影响光混频器性能最主要的因素之一。通过旋转1/4波片的光轴会使得混频器的相位和分光比均发生改变,而信号光路增加的1/2波片仅影响同相/正交支路的分光比,该方案完全可以补偿由于晶体加工误差、波片误差以及系统误差等因素引起的相位误差,且对分光比进行重新调整,同时,在最坏情况,混频效率仅下降到75.9%。因此该相位补偿和分光比调整方案简单有效、具有可行性。实验结果表明,该混频器具有插入损耗低,分光比可调的优点,能够在相干光通信系统中进行长时间稳定的通信。

关键词：相干光通信光混频器双折射晶体相对相差分光比

基于多模干涉波导结构的90°光混频器设计与制作

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半导体光电 2023年第4期44卷 515-518页

作者：陈伟崔大建黄晓峰周浪肖入彬吴维刘昆左欣王立严银林重庆光电技术研究所重庆400060

设计并制作了一种基于多模干涉波导(MMI)结构的InP基90°光混频器芯片,该芯片的波导层材料为InGaAsP,包层和衬底材料为InP,芯片的单模波导宽度设计为2.6μm,多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20μm。采用三维光束传播法(3D BPM)... 详细信息

设计并制作了一种基于多模干涉波导(MMI)结构的InP基90°光混频器芯片,该芯片的波导层材料为InGaAsP,包层和衬底材料为InP,芯片的单模波导宽度设计为2.6μm,多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20μm。采用三维光束传播法(3D BPM),仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限,仿真结果表明在1 535~1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB,相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。

关键词：光混频器磷化铟多模干涉波导相干光通信

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硅基光混频器的研究进展

光电子技术 2021年第2期41卷 79-86页

作者：王佳垚岳文成刘雨菲李欣雨涂芝娟余明斌中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050 中国科学院大学北京100049 上海微技术工业研究院上海201800

硅基光电子集成回路在高速相干光传输系统中具有巨大的应用潜力。作为相干光通信领域重要的光学相干解调器件,硅基光混频器对实现良好的相干检测具有重要的意义。文中从光混频器的原理出发,介绍了基于不同结构的硅基90°光混频器的研究... 详细信息

硅基光电子集成回路在高速相干光传输系统中具有巨大的应用潜力。作为相干光通信领域重要的光学相干解调器件,硅基光混频器对实现良好的相干检测具有重要的意义。文中从光混频器的原理出发,介绍了基于不同结构的硅基90°光混频器的研究进展。其中,平面光波导型90°光混频器主要有两大类:基于3 dB耦合器及移相器的90°光混频器具有相位偏差小、性能稳定的特点;基于多模干涉耦合器的90°光混频器具有结构简单、尺寸小的特点。此外,研究还回顾了适用于多进制相位调制格式的不同相位解调的光混频器,并对硅基光混频器的未来发展趋势做出了预测。

关键词：硅基光电子集成光学光混频器多模干涉耦合器

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碲镉汞光混频器

激光与红外 1986年第12期 30-33页

作者：胡德明

本文较详细地推导了碲镉汞光混频器的外差灵敏度方程。描述了光混频器NEP的测量方法及10.6μm的外差测试技术及系统。测出在40oMHz带宽时碲镉汞光混频器的NEP为5.6×10W/Hz,实验结果与理论计算十分吻合。给出了NEP随偏置电压变化的一组... 详细信息

本文较详细地推导了碲镉汞光混频器的外差灵敏度方程。描述了光混频器NEP的测量方法及10.6μm的外差测试技术及系统。测出在40oMHz带宽时碲镉汞光混频器的NEP为5.6×10W/Hz,实验结果与理论计算十分吻合。给出了NEP随偏置电压变化的一组关系曲线,指出加负偏压是提高外差器件极限灵敏度的有效方法。最后,提出了外差器件的一些设计考虑。

关键词：光混频器 NEP 方程光外差碲镉汞固溶体外差接收

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基于光纤传输的太赫兹无线通信

微波学报 2018年第A1期34卷 278-281页

作者：袁雪琪张盟王学田高洪民常国兵北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对500GHz以上的大气窗口频段,提出了一种基于光纤传输的THz通信系统。该通信系统的微波源由两个工作频率不同的激光器通过光混频器获得。接收机采取肖特基整流二极管进行直接接收。此外,分析了该THz通信系统中的关键器件设计及THz通... 详细信息

针对500GHz以上的大气窗口频段,提出了一种基于光纤传输的THz通信系统。该通信系统的微波源由两个工作频率不同的激光器通过光混频器获得。接收机采取肖特基整流二极管进行直接接收。此外,分析了该THz通信系统中的关键器件设计及THz通信中的关键问题。在硬件设计的基础上,讨论了信号调制方式对系统通信容量、传输距离和误码率的影响。

关键词： THz通信光混频器 THz信号调制

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混频器研究进展

电子测量技术 2023年第11期46卷 130-150页

作者：梁静远张庆洋吴加丽柯熙政西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048

混频器是电子通信系统中必不可少的部件,是外差接收机和微波测量仪器的前端电路,在微波通信、雷达以及许多微波测量系统都有应用。随着光通信的发展,相干光通信中的光混频器件在相干接收终端以及光学测量系统中也发挥着重要作用。本文... 详细信息

混频器是电子通信系统中必不可少的部件,是外差接收机和微波测量仪器的前端电路,在微波通信、雷达以及许多微波测量系统都有应用。随着光通信的发展,相干光通信中的光混频器件在相干接收终端以及光学测量系统中也发挥着重要作用。本文由电混频器着手,对光混频器、以及太赫兹频段的混频器的工作原理和发展现状进行阐述,并且对西安理工大学在光混频器领域的工作进行了简要介绍,最后对混频器未来的发展趋势和发展前景进行展望。

关键词：微波电路相干光通信微波混频器光混频器