上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
【目的】具有可调谐能力的高频微波载波（GHz）在第五代移动通信技术（5G）/第六代移动通信技术（6G）无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点，基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件，因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用（WDM）—光载射频（ROF）技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波，利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置，使得C波段的有限带宽资源（35 nm，1 530~1 565 nm）越来越紧张。因此，光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm（1 625~1 675 nm）的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段，标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km（@1 625 nm）的光功率损耗，特别是，掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB（@1 655 nm）的大带宽增益。因此，基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展，从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸，进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。
【方法】从数学模型上看，现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的，只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看，C波段的光子学器件（如偏振控制器、相位调制器（PM）和光纤移相器（FPS）等）可以工作在U波段，这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此，文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件，基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。
【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。
【结论】文章通过公式原理分析和实验验证，实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。
光生微波载波 U波段 光相位调制器 强度调制 频率可调谐 杂散抑制比 photogenerated microwave carrier U-band optical PM intensity modulation frequency-tunable spurious suppression ratio 光通信研究
2024, 50(2): 22005401
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
提出一种高平坦宽带光学频率梳（OFC）信号产生方案，对高平坦、宽带电光频梳信号产生机理与方法开展了理论研究与仿真分析。在仿真分析中，利用双驱动马赫-曾德尔调制器产生光频梳信号，利用相位调制器进一步提升梳状线的数量，最后通过联合优化马赫-曾德尔调制器的驱动信号功率和直流偏置电压来提高平坦度。仿真结果显示，该方案可产生带宽为1.08 THz的宽带光频梳信号，音噪比（TNR）达到60 dB、平坦度达到0.5 dB。将所提方案应用于光载太赫兹通信系统，通过仿真验证了单通道及多通道16阶正交幅度调制（16QAM）太赫兹信号在背对背（BTB）或10 km光纤传输情况下的传输性能。结果表明，上述每种情况下的误码率都低于前向纠错码的阈值。
光频梳 马赫-曾德尔调制器 相位调制器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522002
南京南瑞继保电气有限公司, 江苏 南京 211102
为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响, 分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件, 在其环境温度变化范围为-40～+70 ℃时, 测试了起偏器输出光消光比变化, 以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况; 也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明, 直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化, 其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。
全光纤电流互感器 温度稳定性 偏振串扰 相位调制器 起偏器 延时光纤线 fiber optic current transformer temperature stability polarization crosstalk phase modulator polarizer PM fiber delay line
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学 电气自动化与信息工程学院，天津 300072
3 贵州大学 物理学院，贵州 贵阳 550025
光学频率梳在光通信、光谱学等领域有广泛的应用。平坦度是光学频率梳重要的性能指标。使用级联相位调制器和强度调制器产生光学频率梳的方法，是让叠加的谐波驱动调制器，通过调节驱动电信号的幅度和相位以及强度调制器的偏置电压，可以实现平坦度好的光学频率梳。首先，建立光学频率梳的优化问题模型，通过差分进化算法得到上述各个参数，并得到在不同叠加微波驱动信号下的平坦光学频率梳。其次，固定某一微波驱动信号的相位，在同一优化问题下使用同样方法得到微波驱动信号的其他参数，并分析生成的平坦光学频率梳性能。最后，搭建实验系统，根据仿真得到的优化参数确定实验参数，并得到相应的光学频率梳。研究表明，当采用基频和三次谐波驱动相位调制器、采用四次谐波驱动强度调制器时，可以产生13根谱线的光学频率梳，仿真和实验时的平坦度分别为0.27 dB和0.83 dB。当采用基频、三次谐波和五次谐波同时驱动相位调制器和强度调制器时，可以产生19根谱线的光学频率梳，仿真显示其平坦度为0.56 dB。以上仿真和实验结果证明了所提方法的可行性和鲁棒性。
光学频率梳 相位调制器 强度调制器 叠加谐波 optical frequency comb phase modulator intensity modulator combined harmonics 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220756
1 海装驻武汉地区第七军事代表室， 湖北 武汉 430223
2 华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430223
为了减小原子重力仪的体积来提高其实用性，基于电光相位调制器的拉曼光是一个很有吸引力的方案。但是会因此产生额外的激光边带，对绝对重力测量带来很大影响。为了保证绝对重力测量准确度，针对贡献最大的拉曼光多余边带效应，通过理论模型与调制实验相结合的方式，实现其对重力测量影响的优化与评估。实验结果证明了多余边带效应评估方法的准确性，并将其不确定度评估至20 μGal。
电光相位调制器 拉曼跃迁 原子干涉 绝对重力测量 系统误差评估 electro-optic phase modulator Raman transition atom interferometry absolute gravity measurement evaluation of systematic errors
电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
光楔是一种顶角很小的棱镜，常被用于控制光束的偏转角或补偿光线小角度的偏差。提出了一种四电极驱动的矩形孔液晶器件实现光楔的驱动方法。该液晶光楔的优势在于体积小、质量轻，可以通过电压控制其楔角大小、无需机械装置就可旋转光楔，有望被应用在需要控制光束偏转方向和角度的场合中，如光镊、激光雷达等。
光学器件 液晶器件 光楔 光束偏转 相位调制器 光学学报
2022, 42(13): 1323001
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤和光纤传感器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种基于新型相位调制器中置结构的光纤陀螺设计方案,通过新型相位调制器的空间非互易结构,不但从根本上克服了传统光纤陀螺调制频率受限于本征频率的缺点,还可对背向散射噪声和偏振耦合噪声起到抑制作用。理论分析和实验结果表明,该结构可以将背向散射光波引入的相位控制在10 -5量级,而且对偏振耦合噪声的抑制达到了5×10 -8 (°)/Hz 1/2;此外,这种中置结构还可以改善陀螺仪的零偏稳定性,其零偏稳定性从0.11878 (°)/h提升至0.09110 (°)/h。本方案克服了当前光纤陀螺仪受本征频率影响的技术难题,为抑制噪声、提高精度提供了一种新的思路。
光纤光学 陀螺仪 相位调制器 中置结构 偏振耦合 本征频率
广东工业大学信息工程学院，广东 广州 510006
提出一种结构简单、重复频率可调的任意波形光子生成方案。系统由双平行相位调制器、光纤布拉格光栅和平衡探测器组成。激光经双平行相位调制器调制后，由光纤布拉格光栅获取两路光信号，光信号经平衡探测输出方波和梯形微波信号。同时，通过使用额外的90°移相器，可获得三角形和锯齿微波信号。仿真结果表明，通过调节射频驱动信号的电压和频率，输出的微波光子信号的频率可实现10~25 GHz连续输出，且信号均方根误差（RMSE）小于0.33。此外，实验分析了调制指数和90°电桥相位平衡对微波光子波形质量的影响，当在标准值范围内变化，或在范围内变化时，波形信号RMSE均小于0.42，验证了所设计系统具有较好的稳定性。
光纤光学 微波光子波形 双平行相位调制器 平衡探测 倍频 重复频率可调 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2306007
1 北京航天控制仪器研究所, 北京 100039
2 北京航天时代光电科技有限公司, 北京 100094
提出了一种使用固定频率窄线宽激光器作为干涉光源的闭环谐振式光纤陀螺系统。该系统利用相位调制器对干涉光进行移频控制,完成对谐振腔逆时针方向谐振频率的跟踪和锁定。建立了陀螺系统Simulink模型并仿真研究了不同速率点下的陀螺输出特性,结果表明,±200(°)/s速率范围内逆时针谐振频率锁定时间小于15ms,陀螺标度因数非线性为2.41×10-4。与采用传统频率可调谐窄线宽激光器的闭环谐振式光纤陀螺系统相比,两者锁频时间和标度因数非线性基本一致。该研究为低成本闭环谐振式光纤陀螺系统的实现提供了理论和数据支撑。
固定频率激光器 谐振式光纤陀螺 相位调制器 Simulink仿真 锁定时间 标度因数非线性 fixed frequency laser resonant fiber optic gyroscope phase modulator Simulink simulation lock time scale factor nonlinearity
