【摘要】：寬帶激光鎖相技術(shù)將主要應(yīng)用于零差激光相干探測(cè),由于目標(biāo)反射的激光較弱,同時(shí)受空間光(如日光、空間散射光、人工光源)的干擾,難以直接遠(yuǎn)距離探測(cè)和跟蹤。通過(guò)寬帶激光鎖相技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)回波脈沖激光與本振激光的頻率一致和相位鎖定,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱脈沖激光回波信號(hào)的零差相干探測(cè)。同時(shí)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)激光鎖相技術(shù)的關(guān)注和研究,推動(dòng)了光鎖相技術(shù)在相干光通信、微波光子學(xué)、相干太赫茲光子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。本課題研究寬帶低延時(shí)光鎖相環(huán)路,考慮環(huán)路的帶寬和延時(shí),在環(huán)路設(shè)計(jì)研制中,通過(guò)微型化環(huán)路元器件和縮短環(huán)路路徑,提高鎖相環(huán)路寬帶和降低延時(shí)。本文首先介紹了激光鎖相環(huán)路的應(yīng)用背景,分析了國(guó)內(nèi)外激光鎖相環(huán)的研究進(jìn)展和發(fā)展方向。目前激光鎖相技術(shù)通常應(yīng)用于連續(xù)激光,以實(shí)現(xiàn)脈沖激光鎖相為目標(biāo),提出了寬帶激光鎖相環(huán)方案。選用平衡鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單分析了平衡鎖相環(huán)的基本原理,同時(shí)對(duì)激光鎖相環(huán)路主要元器件包括90°光混頻器、環(huán)路濾波器、寬帶可調(diào)諧激光器進(jìn)行了分析,采用線性相位模型建立和分析了脈沖激光鎖相環(huán)路模型。理論分析和仿真了環(huán)路捕捉帶和捕捉時(shí)間,通過(guò)減小環(huán)路延遲,增大調(diào)頻帶寬,環(huán)路捕捉帶可達(dá)到120 MHz。同時(shí),通過(guò)合理選取環(huán)路增益,可以在脈沖上升沿完成鎖相。且初始頻差越小,捕獲時(shí)間越短,脈沖波形恢復(fù)效果越好。采用Simulink搭建激光鎖相環(huán)路模型,仿真了環(huán)路捕捉時(shí)間,對(duì)鎖相環(huán)路的熱噪聲、散粒噪聲、相對(duì)強(qiáng)度噪聲以及鎖相精度和鎖相激光功率進(jìn)行了理論分析。進(jìn)一步完成了激光鎖相環(huán)路的設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)了激光鎖相環(huán)路的整體結(jié)構(gòu),并設(shè)計(jì)了激光鎖相環(huán)路的整體光學(xué)機(jī)械底座結(jié)構(gòu),同時(shí)完成了激光鎖相環(huán)路中90°光混頻器、平衡光電探測(cè)器和環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)行了性能仿真分析。搭建了激光鎖相環(huán)路實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并分別運(yùn)用所設(shè)計(jì)的有源環(huán)路濾波器和無(wú)源環(huán)路濾波器,實(shí)現(xiàn)了激光相位鎖定,同時(shí)測(cè)量環(huán)路延時(shí)僅為1.2 ns,環(huán)路帶寬達(dá)到40 MHz。
【圖文】：

圖 1-3 美國(guó)加州大學(xué)研制的集成光鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖與集成環(huán)路[21]由于本振激光器采用了寬帶可調(diào)諧 SG-DBR 激光器，，環(huán)路帶寬達(dá)到 1.1GHz；并得益于集成化環(huán)路結(jié)構(gòu)，環(huán)路集成于 10mm×10mm 的載板上，環(huán)路延時(shí)僅為200ps。SG-DBR 激光器的線寬大于 10MHz，輸入信號(hào)（參考）激光的線寬為 100kHz時(shí)，鎖相精度為 10 （主要受限于 SG-DBR 激光器的線寬）。采用該鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)了25~40Gbps 的零差相干光傳輸。當(dāng)采用外差方式鎖相，偏頻達(dá)到 40GHz 時(shí)，仍可以實(shí)現(xiàn)相位鎖定。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了激光頻率合成、毫米波/THz 產(chǎn)生等研究。

PIC、EIC 和 LF 形成閉合環(huán)路，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)圖 1-3 美國(guó)加州大學(xué)研制的集成光鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖與集成環(huán)路振激光器采用了寬帶可調(diào)諧 SG-DBR 激光器，環(huán)路帶寬達(dá)成化環(huán)路結(jié)構(gòu)，環(huán)路集成于 10mm×10mm 的載板上，環(huán)BR 激光器的線寬大于 10MHz，輸入信號(hào)（參考）激光的線度為 10 （主要受限于 SG-DBR 激光器的線寬）。采用該鎖的零差相干光傳輸。當(dāng)采用外差方式鎖相，偏頻達(dá)到 40G鎖定。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了激光頻率合成、毫米波/THz 產(chǎn)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 張震;孫建鋒;盧斌;李佳蔚;朱韌;侯霞;;星間相干激光通信中科斯塔斯鎖相系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];中國(guó)激光;2015年08期

2 孟增明;張靖;;相位鎖定的激光器系統(tǒng)用于電磁誘導(dǎo)透明光譜實(shí)驗(yàn)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

3 權(quán)爽;姚敏玉;張洪明;張捚;;利用光鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)40Gb/s時(shí)鐘恢復(fù)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2007年08期

本文編號(hào)：2687654