为了实现大规模2维相控阵天线的光学真时延系统, 采用基于硅基光子学的二进制硅基集成二进制光延迟线技术, 提出一种2维相控阵(N×N)真时延网络, 利用2维相控阵结构的对称性以及行延迟和列延迟的独立控制, 真时延网络的复杂度可以降低至(N-1)/2(N为奇数)或N/2(N为偶数)。理论分析了该时延控制方案和集成时延芯片的设计,以8×8的2维相控阵为例, 设计实现了包含4种硅基二进制时延线的真时延芯片, 测量了该芯片的时延量, 并针对测量的时延量仿真分析了2维相控阵天线的波束扫描特性。结果表明, 该真时延网络能够满足相控阵天线波束指向要求(角度误差小于0.5°);集成光学技术的采用减小系统的体积和成本。该研究为大规模2维相控阵天线的真时延网络实现提供了一种可行的方法。

为了提升光载射频传输链路的链路增益以及传输距离, 采用了L波段的超长分布式2阶喇曼放大器结构对光信号进行放大。从理论上对分布式2阶喇曼放大器以及光载射频传输链路的原理进行了解释, 利用信号光、1阶抽运光、2阶抽运光以及噪声之间的耦合方程组分析了它们之间的关系, 并且得到了基于超长分布式2阶喇曼放大器的光载射频传输系统的1阶射频信号增益。通过数值仿真以及系统实验得到了抽运功率大小对超长分布式2阶喇曼放大器的开关增益的影响、光载射频传输系统在0GHz~7GHz范围内的频率响应及其射频增益以及该光载射频传输链路在应用超长分布式2阶喇曼放大器后的相位噪声情况。结果表明, 光载射频传输在超长分布式2阶喇曼放大器的作用下获得了28.1dB的链路增益, 在距离为80.94km的光链路上实现了近似无损传输, 射频信号开关增益与射频信号频率无关。该研究在光载射频链路的长距离传输中有重要的应用价值。

为了有效地解决方向固定-相位可调型偏振控制器偏振盲区问题,同时实现对该偏振控制器输出光束偏振态的快速实时控制, 采用三波片级联的偏振控制器, 设计了新的偏振控制算法, 通过分步逼近算法粗调以及比例-微分算法细调相结合的方法, 降低了偏振控制算法的复杂度, 提高了偏振控制的速度。结果表明, 该偏振算法有效地控制了输出光束的偏振态, 使其始终在目标偏振态附近, 且该偏振控制器的响应速度在10ms量级。在增加反馈系统的基础上, 该偏振控制器达到了实时快速稳定地控制输出偏振态的目的。

马赫-曾德尔电光调制器的偏置点控制是光载射频传输链路中一项十分关键的技术。为了分析马赫-曾德尔电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响，用贝塞尔级数展开再进行频谱分析的方法对系统输出信号成分进行了理论分析，设计了马赫-曾德尔调制器任意点控制系统并进行了实验验证。用MATLAB进行仿真后可知，在输入射频功率为18dBm时，抖动信号幅度需小于45mV，2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比才能大于20dB；而在输入射频功率为10dBm时，这个幅度要小于19mV。改变抖动信号幅度进行实验，得到2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比与仿真结果误差始终保持在3dB~32dB左右。结果表明，马赫-曾德尔电光调制器工作在线性偏置点时，抖动信号引起的频率分量是可以忽略的；但将调制器偏置控制在最低偏置点时，对射频信号的影响不可忽略。

提出了一种基于双通道马赫曾德尔调制器(DPMZM)调制边带滤波的微波光子移相器。在双通道马赫曾德尔调制器的结构中，在一路马赫曾德尔干涉仪上实现抑制光载波的双边带调制输出，而在另一路马赫曾德尔的相位调节臂上通过调节偏置电压实现光载波信号的光学移相，两路光信号经过干涉合路后由光纤布拉格光栅(FBG)滤除其中一个一阶边带，最后输入到光电探测器(PD)进行光电转换得到移相的微波信号。实验结果表明，基于DPMZM调制边带滤波的微波光子移相器具有传输特性稳定、输出幅度波动小的优点。该结构还具有相移调节响应速度快、应用频带宽以及移相范围大于360°等特点。

基于PLZT波片的相对相位延迟量可变性和其折射率椭球主光轴的可转性，提出后反馈单个PLZT可变可转波片偏振控制器．采用模拟退火算法进行扰动寻优，仿真结果显示这种控制器是有效的：能将任意输入偏振态转换为稳定的线偏振光而其光强达到总光强的98%以上，在控制过程中相移能在限定范围内变化，避免了由复位重置可能引起的波动．

针对单极型马赫曾德尔电光调制器在Radio over Fiber (RoF)和副载波复用系统中的应用,讨论了输入两路射频信号的情形,给出了电光调制器互调失真的严格通用解析解。该解析解可用于表示任意阶的互调失真项和谐波项。数值结果表明了该解析解的正确性。分析结果表明,调制器的三阶互调失真与调制器偏置相移无关,只与输入射频信号的调制系数有关,并且当外加偏置电压等于调制器的半波电压时,只存在偶数阶的失真项。根据该解析解,可方便地设计模拟光通信系统,精确地预计外调制器的非线性特征,优化系统性能。

在一定分辨率和响应时间要求下,应用波分复用技术来串联布里渊散射分布式光纤传感器,解决了同时进行传感和通信存在的信号干扰.具体是采用波分复用来隔离传感光信号与通信光信号,同时应用光相干外差接收来分离传感与通信之间的电信号频谱.实现了两台布里渊散射分布式光纤传感器之间的串联,单台传感器的传感距离为25 km,串联后达到50 km.

基于主偏振态理论,导出了光信号偏振度的解析表达式.并对40 Gb/s光传输系统中的信号偏振度受各种因素的影响进行了数值模拟,包括啁啾、脉冲形状、脉冲宽度、自发辐射噪声以及消光比等.结果表明,偏振度技术能有效地监测和控制40 Gb/s系统中小于37.5 ps的偏振模色散.而且发现就最大化偏振度技术对差分群延时的容许范围而言,脉冲的1/e强度半宽取0.45个位宽(11.25 ps)是最优的.

结合理论分析和实验验证,探讨了聚焦法测量塑料光纤纤芯的折射率分布的可行性.结果表明,对GI-POF而言,聚焦法是一种简单可行的技术.但是对SI-POF,由于入射光线在光纤边界处发生交叉,聚焦法不能精确测量其折射率分布.