【摘 要】
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高精度微波光子测量对微波光子系统和光纤通信系统的构建、评估以及优化有着重要的研究意义。高速微波光子器件则是微波光子系统在光域实现微波信号传输、处理和解调的基础,其频响特性直接影响整个系统的带宽和传输速率,因此必须进行微波光子器件频响特性的测量,特别是针对高线性、大带宽和高精细的应用。本论文面向超宽带、高精细和自校准的测量需求,提出并开展了基于光学频率梳（Optical Frequency Comb
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高精度微波光子测量对微波光子系统和光纤通信系统的构建、评估以及优化有着重要的研究意义。高速微波光子器件则是微波光子系统在光域实现微波信号传输、处理和解调的基础,其频响特性直接影响整个系统的带宽和传输速率,因此必须进行微波光子器件频响特性的测量,特别是针对高线性、大带宽和高精细的应用。本论文面向超宽带、高精细和自校准的测量需求,提出并开展了基于光学频率梳（Optical Frequency Comb,OFC）的微波光子器件频响特性测量研究,包括马赫-曾德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator,MZM）、光电探测器（Photodetector,PD）和电吸收调制激光器（Electro-absorption Modulated Laser,EML）等,建立了相关的理论模型,并进行实验验证。论文主要的研究工作如下:（1）针对MZM的超宽带测量:提出了基于包络调制的测量方法,通过检测频率固定为10 k Hz的低频信号即可实现40 GHz频率范围内MZM相对频响的自校准测量,避免了额外的光-电校准;提出了基于光频梳双音采样的测量方法,仅利用fr/2（fr为OFC的重频）的检测带宽即可得到MZM的调制系数和半波电压,同时消除了OFC和PD的影响;提出了基于光频梳包络采样的测量方法,采用单一微波源（Microwave Source,MS）实现了MZM调制系数和半波电压的自校准测量。上述方法通过减小OFC的重频可以进一步降低检测带宽至MHz甚至k Hz量级。（2）针对PD的超宽带测量:提出了基于光频梳单音采样的测量方法,采用分段电光上变频和对称频率调制方式,消除OFC和MZM的影响,最终通过段内测量和段间拼接实现超宽带和可扩展频率范围内PD的频响测量,典型实验采用重频为96.9 MHz的OFC和2.475 GHz的电光调制获取了49.419 GHz范围内的PD频响,频率范围相对于电光调制带宽扩展了20倍。（3）针对PD的高精细测量:提出了基于光频梳双音采样的测量方法,通过配置双音微波信号从DC扫频到fr/2,实现了5fr范围内PD频响的高精细和自校准测量;提出了基于光频梳包络采样的测量方法,仅采用一个带宽为fr/2的MS即可得到PD在任意频点的频响,典型实验采用重频为9.954 GHz的OFC和4.977 GHz带宽的MS实现了49.77 GHz范围内PD的频响测量,频率范围扩展了10倍,分辨率达到10 Hz量级。（4）针对光收发链路的在线测量:提出了基于光频梳单音采样的测量方法,利用低重频OFC的采样下变频和其梳齿分量,在光收发链路中实现了MZM和PD各自频响的超宽带和在线测量,克服了收发器件频响相互影响的难题,实验使用重频为96.9 MHz的光频梳在线获得了MZM和PD在50 GHz范围内的频响;提出了基于包络调制的测量方法,通过提取微波副载波中差频与和频分量,同时实现了电吸收调制收发链路中EML和PD频响的自校准在线测量,并且两种器件测量之间互不影响,实验验证了40 GHz频率范围的频响测量。
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