1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天工程部，上海 201800
为适应空间激光通信组网技术，多体制复用的通信方式应运而生。发送端采用强度调制器兼容实现了开/关键控（OOK）和二进制相移键控（BPSK）调制，接收端通过内差探测方式兼容实现了这两种调制信号的解调。在实际工程应用中，激光通信系统中散粒噪声、电子器件热噪声不可避免地会影响通信性能，在此基础上，进一步分析了强度调制器偏压点误差量与光学滤波器带宽大小对于非相干OOK和相干BPSK通信信噪比的影响。仿真结果表明：光学滤波器带宽对非相干OOK通信性能影响较大，接收光功率-46 dBm时，1 nm滤波带宽的非相干OOK信噪比开销约1.26；接收光功率-50 dBm以下时，20 nm滤波带宽的相干BPSK信噪比开销小于0.02。非相干OOK无编码通信灵敏度在1.25 Gbit/s速率时需满足-46 dBm@10-6，光滤波带宽应不大于0.8 nm，强度调制器偏压误差应控制在半波电压的1%以内。在消共模噪声和优化光滤波带宽条件下，1.25 Gbit/s速率的BPSK无编码通信灵敏度满足-55 dBm@10-6。
激光通信 多体制复用 强度调制器 内差解调 光滤波带宽 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706016
1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
提出一种基于四象限探测器跟瞄和通信复用的强度调制直接探测的空间光通信系统，以超声波电机驱动的双光楔为光束偏转执行单元形成光束位置跟踪的闭环系统。驱动电机转动周期为15 ms，位置分辨率为0.83 μrad。经理论分析和实验验证，该系统的位置闭环跟踪-3 dB带宽约为4 Hz。当位置探测误差小于10%时，即光束探测精度小于12 μrad，对应的探测灵敏度为-45.2 dBm。在10 Mbit/s的通信速率和无信号编码下，误码率为1×10-3时对应的通信灵敏度为-44 dBm。验证了利用四象限探测器作为跟踪与通信复用探测器的可行性，可应用于小型化、轻量化的星间激光通信终端。
自由空间光通信 四象限探测器 位置分辨率 跟踪带宽 通信灵敏度 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706013
提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析，并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明，三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗，其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。
光学器件 空芯太赫兹光纤 反谐振 模式耦合 损耗特性 带宽分析
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中，对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台，需要考虑非接触三轴角度测量方法，目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂，占用空间大，无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此，文中提出了基于双位置敏感探测器（PSD）的非接触三轴角度测量方案，使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射，将光源在两片PSD上汇聚成像，利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成，分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差，提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理，分析了滤波器的相频响应特性，并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽，验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g，尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明，34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%，在±2°测量范围内单轴测量时，方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°，组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°，文中所提出的三维测角传感器精度较高，满足机载等场景的使用要求。
三轴姿态角度测量 非接触测量 位置敏感探测器 滤波带宽 响应频率 three-axis attitude angle measurement non-contact measurement position sensitive detector filter bandwidth response frequency 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230543
闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室，福建 漳州 363000
目前，在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题，而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层，在一定程度解决了上述问题，但其制造过程涉及Si电荷层的离子注入和高温退火激活，该过程工艺复杂、杂质分布不均匀、成本高。因此，本研究采用刻蚀技术在Si倍增层内制备凹槽环，并在凹槽环内填充不同介质对InGaAs层及Si层内的电场进行调控，构建无电荷层InGaAs/Si APD器件模型。结果表明，在凹槽环内填充空气或SiO2可获得高性能的InGaAs/Si APD。该研究结果可为后续研制工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。
探测器 雪崩光电二极管 增益带宽积 电荷层 凹槽环
1 太原理工大学物理学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
3 太原理工大学电子信息与光学工程学院，山西 太原 030024
混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性，在通信、雷达、传感等领域有广泛的应用。本文介绍了混沌半导体激光器的3种主要工作机制，分别为光反馈、光注入和光电反馈；重点研究典型混沌半导体激光器的频谱带宽、时延特征，以及复杂度等性能及其研究进展；进一步论述光子集成混沌半导体激光器的发展趋势；最后介绍混沌半导体激光器在保密光通信、随机数生成器、激光雷达、分布式光纤传感、混沌光时域反射计等领域的应用现状。本文可为高带宽、低时延混沌半导体激光器的发展和应用前景提供借鉴。
混沌激光 半导体激光器 光子集成 带宽提升 时延特征 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114008
1 四川大学电子信息学院，四川成都 610065
2 宜宾四川大学产业技术研究院，四川宜宾 644000
针对压控振荡器(VCO)阵列注入锁定电路复杂和规模受限问题，提出一种 S波段 VCO阵列级联的新方法。通过在多个 VCO之间加入耦合网络，将传统的单级注入改进为级联注入锁定，并通过网络级联方式实现级联级数的扩展。各级 VCO之间通过耦合网络实现级联，首级 VCO通过信号源参考信号进行锁定，次级 VCO耦合前级 VCO射频输出端信号进行锁定，每级均通过 VCO电压调谐端进行注入。注入信号可锁定 VCO输出频率，改善每级 VCO输出相位噪声。通过级间耦合的形式，实现了一个微波源锁定多个 VCO的输出。设计加工了 2种级联注入 VCO阵列， VCO的输出频率与注入信号频率相同，各级 VCO相噪保持一致，当源相噪为-107.28 dBc/Hz时，各级 VCO的输出相噪保持一致，为 -105 dBc/Hz。该注入锁定方式电路简洁且成本低，未来有望应用在相控阵中。
注入锁定 级联 压控振荡器 相位噪声 锁定带宽 注入比 injection-locked cascade Voltage-Controlled Oscillator phase noise locked-bandwidth injection ratio 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 632
1 联合微电子中心有限责任公司， 重庆 401332
2 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室， 成都 610054
3 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺，设计了一种线性驱动电路。该电路具有高速和大摆幅的优势，能线性驱动行波马赫-曾德尔调制器(TW-MZM)，可满足光通信系统100 Gbit/s单通道的应用需求。驱动电路包括连续时间线性均衡(CTLE)电路、可变增益放大(VGA)电路和基于Cascode结构改进优化的输出级电路，实现了增益可调，且避免发生由较大输出摆幅导致的晶体管击穿。仿真结果表明，电路的-3 dB带宽为43 GHz，其增益在15~25 dB内可调。在56 Gbaud NRZ/PAM4的输入信号下，测得的眼图形状良好，差分输出摆幅峰-峰值达4 V，电路整体功耗为1.02 W，面积为0.33 mm2。
线性驱动电路 超高带宽 增益可调 大摆幅 linear driver ultra-high bandwidth adjustable gain large swing
1 合肥工业大学 微电子设计研究所, 合肥 230601
2 教育部IC设计网上合作研发中心, 合肥 230601
调频连续波(FMCW)雷达常用于测量多个目标的距离和速度，被广泛用于自动驾驶场景中。FMCW雷达产生的线性调频波称为啁啾(Chirp)，通常由锁相环(PLL)电路产生。由于带宽有限，传统锯齿啁啾下降时间过长，降低了雷达性能。文章提出了一种基于分段电流电荷泵的快速啁啾发生器设计方案。调频阶段采用最佳电荷泵电流，即最优环路带宽，可保证啁啾的线性度。啁啾下降阶段使用更大的电流，可缩短下降时间。仿真结果表明，啁啾发生器频率输出范围为19.25~20.25 GHz，1.2 V电压下整体功耗为31.8 mW。PLL带宽为1.5 MHz时，锯齿形啁啾下降的最大调制速率为454 MHz/μs。与恒定电荷泵电流方式相比，下降时间缩短了80%。
调频连续波 锁相环 测速 带宽 FMCW PLL velocity measurement bandwidth
