微波光子学

摘要： 在雷达系统中,为了实现对目标的高精度、多维度测量,产生雷达信号是一个基本而又重要的环节.本文提出了一种微波光子四倍频复合雷达信号产生方法,该复合雷达信号包括单啁啾线性调频信号和单音微波信号.利用单音微波信号和单啁啾线性调频信号实现目标径向速度的测量,使用单啁啾线性调频信号实现目标距离测量和高分辨率微波成像.在发射端,使用微波光子四倍频技术生成了瞬时带宽为2 GHz的正啁啾线性调频信号和频率为13.2 GHz的单音微波信号.在接收端,目标回波信号经去斜后用来实现距离和径向速度测量以及高分辨率逆合成孔径成像.实验结果表明,测量得到的目标的距离和径向速度绝对误差分别不超过4.2 cm和1.7 cm/s,多个探测目标成像结果清晰可辨.

摘要： 一、征稿范围本刊刊登在光通信技术领域具有领先水平或创新意义的学术论文,论文内容至少符合下列栏目之一:专家论坛、光传感、空间光(可见光)通信、光器件、光传输、光网络、光纤光缆、算法研究、量子通信、太赫兹通信、光测量、光监控、微波光子学技术、物联网与区块链、5G/6G光传输和光学技术。二、文字和篇幅1、论文主题突出、立意新颖。

摘要： 受电子器件工作频率及功率的限制,传统电子学方法产生的噪声源的超噪比通常小于20 dB,针对这一问题,本文提出了一种基于非相干光拍频产生高超噪比宽带毫米波噪声技术。首先,用两个光滤波器对宽带放大自发辐射光源进行滤波整形。将获得的两束频率不同的放大自发辐射光耦合进入光电探测器进行拍频,从而产生电噪声信号。理论分析发现,通过调节拍频光的光谱线型、线宽与功率,在当前的高速光电探测器响应水平下,可获得超过50 dB的高超噪比毫米波噪声源。在利用数值方法分析影响噪声源超噪比主要因素的基础上,通过实验方法产生了超噪比大于50 dB的毫米波噪声信号。如果采用更高速的光电探测器,这一技术可在毫米波乃至太赫兹波段构建大超噪比的噪声源。

摘要： 利用光延时技术抑制宽带相控阵雷达的波束色散,光延时量的离散特性会引入波束指向偏差。通过线性相位拟合法分析了最小延时改变对阵面等效相位分布的影响,建立了延时线步进与雷达波束指向偏差间关系的理论模型,得到波束指向偏差与延时步进成正比,与阵元间距、阵元数平方和波束指向的余弦值成反比。通过仿真和实测数据验证了该技术的可行性。实测结果表明,在8~12 GHz宽带微波信号下,±60°扫描范围内,宽带波束的指向偏差小于0.77°,带内指向色散小于0.98°,峰值能量损失小于0.89 dB,旁瓣抑制比超过11.06 dB。

摘要： 作为6G物理层备选技术,全息无线电具有同时实现射频全息、空间频谱全息和空间波场合成的能力,能够通过空间频谱全息和空间波场合成对全物理空间内的电磁场进行全闭环精准调制和调节,有效提高频谱效率和网络容量,从而支撑全息成像级、超高密度以及像素化的超高分辨率空间复用。该综述全面梳理了面向6G的智能全息无线电的基本概念及国内外研究现状,重点分析了基于智能全息无线电技术的6G通信系统架构,详细阐述了涉及的关键技术和挑战,包括光电二极管和电光调制器紧耦合全息天线阵集成、微波光子前端与光学信号处理的透明融合、RF全息空间的快速重构算法与k空间层析、面向智能全息无线电的空间波场合成技术和算法。

摘要： 一、征稿范围本刊刊登在光通信技术领域具有领先水平或创新意义的学术论文,论文内容至少符合下列栏目之一:专家论坛、光传感、空间光(可见光)通信、光器件、光传输、光网络、光纤光缆、算法研究、量子通信、太赫兹通信、光测量、光监控、微波光子学技术、物联网与区块链、5G/6G光传输和光学技术。

摘要： 为实现高精度大范围多微波频率测量,利用双平行马赫曾德尔调制器(dual parallel Mach-Zehnder modulators, DPMZM)分别对未知信号和扫描信号进行抑制载波单边带调制,并分别作为信号光和泵浦光输入到色散位移单模光纤中,当两者满足一定的频率关系时,信号光会得到放大,通过测量输出光功率值即可估计出待测信号的频率值。该方案利用双阶段受激布里渊散射结构降低了受激布里渊散射增益线宽。另外,通过设置DPMZM的调制参数,即可利用低频段的扫描信号实现高频段的频率测量,降低了方案的实现复杂度。为进一步提高算法精度,利用测量的光功率值建立幅度比较函数,通过计算可得频率测量误差,通过误差修正可提升方案的测频精度。最后,通过实验仿真证实了方案的有效性,测量误差为±3 MHz。

摘要： 为了解决微波光子混频系统的非线性失真和动态范围受限问题,提出了一种基于并联双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)的大动态范围微波光子混频系统.利用DPMZM实现射频和本振信号的并行调制,通过配置并行两路的电光调制指数及调制器的工作点,抵消输出中频信号中的三阶交调失真(IMD3),最终提高系统的动态范围.仿真结果表明,所提方案可将IMD3抑制17.7 dB,系统无杂散动态范围提高到127.8 dB·Hz4/5.

摘要： 由于单片级集成技术面临开发成本高、周期长等问题,提出一种基于光电混合集成封装的四通道外调电/光转换组件.该组件利用光电混合集成技术,采用空间光学透镜耦合代替原有光纤互连方式、传输微带代替传统电缆互连方式、金丝/金带代替传统低频导线方式以及微组装工艺实现多专业裸芯片一体化气密封装代替分离组件混合装配方式,从而达到大幅度压缩体积、提高集成度的目的.测试结果表明:该组件实现了四通道2?18 GHz的电/光转换功能,波长序列满足8个信道200 GHz通道间隔要求,射频指标S21值为-4 dB ± 3 dB,驻波小于1.5,噪声系数小于23 dB.

摘要： 针对传统电学雷达系统难以在一套硬件设备上实现宽频段范围内工作波段切换的问题,文中提出了一种可重构微波光子去调频雷达成像系统方案.该方案在发射机中利用级联电光调制器结构实现雷达发射波形的可重构,通过调整本振信号的频率使雷达的发射频段能够灵活改变.在接收机中利用平行结构马赫增德尔调制器实现雷达回波信号的去调频接收.通过逆合成孔径雷达成像实验评估了所提出的光子辅助雷达系统的性能.该光子雷达系统在Ku波段的不同带宽下进行验证,发射信号带宽分别为1 GHz和4 GHz,接收机模数转换器的采样率为100 MSa·s-1.实验结果证明微波光子技术能为可重构雷达提供有效的实现方案.

摘要： 随着高性能微波振荡器的发展,目前商用仪器已不能满足超低相位噪声测量的需求.为实现宽带、高精度的相噪测量,本文提出基于微波光子学的超低相位噪声测量技术,即利用光纤提供大范围微波延时,利用微波光子移相器实现微波信号相位控制,利用微波光子混频器实现微波频率变换.实验结果证明,所构建的微波光子相位噪声测量系统在灵敏度与工作带宽方面均显著优于目前商用相位噪声测量仪器,其相噪测量基底低于-130dBc/Hz@10kHz,测试信号频率达0-50GHz.

摘要： 电磁涡旋独特的轨道角动量(OAM:Orbital Angular Momentum)特性使其成为实现高效信息传输的新的物理维度.本文提出一种基于微波光子学的0.1THz低频太赫兹涡旋通信系统,将低频太赫兹波OAM相移调控搬移至光域.通过实验模拟,50Gbit/s OAM-相位联合调制信号传输20km单模光纤后成功解调.研究结果表明,微波光子技术有望突破OAM状态刷新瓶颈,实现OAM信息高速调制.

摘要： 微波光子滤波器能够实现在光域内直接对射频信号的处理,并且较易实现可调谐性和传输函数的快速重构,从而成为微波光子学的一个重要研究内容。本文综合评述了几种典型微波光子滤波器的结构,并分析比较了各自的功能特点和不足。

摘要： 随着大容量信息技术需求的高速发展,加速了微波学与光子学两门学科的优势结合,形成了一门新学科-微波光子学。ROF系统是其重要的应用领域之一,也是有望最早进入实用化的技术,引起了国内外的广泛重视。本文在对ROF的基本概念、系统的组成原理介绍的基础上,提出了一种应用于ROF移动通信系统的信号源技术,可以降低系统的成本,简化了完成信号中转功能的移动基站的结构。

摘要： 基于波导微环谐振腔的光场传输函数，推导得出其延时响应函数，分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响，发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线，必须工作于过耦合状态，即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ>(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据，建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法，获得了目标延时为0.8ns，延时带宽为2GHz，延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。

摘要： 基于波导微环谐振腔的光场传输函数，推导得出其延时响应函数，分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响，发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线，必须工作于过耦合状态，即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ>(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据，建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法，获得了目标延时为0.8ns，延时带宽为2GHz，延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。

摘要： 基于波导微环谐振腔的光场传输函数，推导得出其延时响应函数，分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响，发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线，必须工作于过耦合状态，即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ>(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据，建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法，获得了目标延时为0.8ns，延时带宽为2GHz，延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。

摘要： 基于波导微环谐振腔的光场传输函数，推导得出其延时响应函数，分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响，发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线，必须工作于过耦合状态，即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ>(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据，建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法，获得了目标延时为0.8ns，延时带宽为2GHz，延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。

摘要： 基于波导微环谐振腔的光场传输函数，推导得出其延时响应函数，分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响，发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线，必须工作于过耦合状态，即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ>(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据，建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法，获得了目标延时为0.8ns，延时带宽为2GHz，延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。

摘要： 基于微波光子技术的光载无线系统是未来低成本、高性能超宽带无线接入网络的重要解决方案,基于已有研究成果,本文对光载无线系统中的全光UWB产生技术、光生微波技术、全光上变频技术、微波光子滤波技术以及全双工ROF系统设计进行了介绍和分析。

摘要： 本发明公开了一种微波光子多波段雷达探测方法。其中，多波段微波探测信号的生成方法如下：将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路；将一个宽带线性调频信号调制于其中一路，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；另一路光信号则调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；将扫频光频梳与M根已知波长的梳齿耦合为一路后进行光电转换，即得多波段微波探测信号。本发明还公开了一种微波光子多波段雷达。本发明具有光子技术高频、大带宽的优势，能够实现实时高分辨的多功能探测，同时解决了去斜处理多波段回波信号时频率交叠的问题。

摘要： 本发明公开了一种微波光子全波段雷达探测方法。用中频线性调频信号对频率为fL的光载波进行抑制载波单边带调制，得到线性扫频一阶边带光信号；从频率分布为fOC＝fL±Nfc的光频梳信号中选取单根梳齿信号与所述线性扫频一阶边带光信号合束，N＝0,1,2,3…L，L为正整数；将所得到的合束光信号转换为电信号后，以其作为雷达探测信号向目标发射；以所述合束光信号作为参考光信号，对目标反射电信号进行光域的变频和去斜处理，得到携带目标信息的中频信号，并从中提取出目标信息。本发明还公开了一种微波光子全波段雷达。本发明可在全波段范围对雷达的工作波段以及雷达信号参数进行快速方便的调节，且实现结构简单，探测效率高。

摘要： 本发明公开了一种微波光子滤波方法，用频率为f的微波信号对光载波进行相位调制，生成n阶光边带的调制光信号，n为大于等于2的整数；用中心频率与光载波相差Δf、通带宽度为BW的光带通滤波器对所述调制光信号滤波，其中，fBW、fc分别为所述微波光子滤波方法滤波通带的带宽和中心频率；对滤波后的调制光信号进行光电转换，得到所述微波信号的2n‑1阶谐波分量。本发明还公开了一种微波光子滤波装置。本发明利用相位调制器的非线性，能够实现非线性的奇次高阶谐波的微波光子滤波，可将微波光子滤波器的中心频率提高至W波段甚至更高频段。

摘要： 本发明公开了一种微波光子全极化雷达探测方法。其包括：1、对光载波、复数基带信号和射频本振信号在光域进行上变频处理，产生两路相互正交的射频信号以及一路光参考信号；2、将两路相互正交的射频信号分别送入水平和垂直极化天线，同时辐射出两路正交的极化电磁波以照射目标；用水平和垂直极化天线接收目标的回波，得到两路回波信号；3、对两路回波信号及光参考信号在光域进行去斜和极化响应分离处理，得到分别对应目标极化散射矩阵中的四个元素的四路中频模拟电信号；4、对四路中频模拟电信号进行处理，得到目标探测信息。本发明还公开了一种微波光子全极化雷达。本发明能有效解决全极化雷达带宽受限、结构复杂以及难以瞬时测量的问题。

摘要： 本发明公开了一种微波光子链路动态范围提升方法，首先将光载波分为两路；然后使用两路同源的微波信号通过两个并行的马赫‑曾德尔调制器分别对这两路光载波进行电光调制，并使得两个马赫‑曾德尔调制器所输出调制光信号的相位相反；对这两路调制光信号进行空分复用，并通过空分复用光纤将所得到的空分复用光信号传输至远端；在远端对空分复用光信号进行解复用，并对解复用后的两路调制光信号进行平衡光电探测，得到噪声抑制的微波信号。本发明还公开了一种微波光子链路。本发明可大幅提高微波光子链路动态范围，从而实现光信号的高稳定远距离传输。

摘要： 本发明公开了一种微波光子MIMO雷达探测方法。将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的光信号；将这M路光信号通过光波分复用器合并后分为两路；将其中一路分为N束参考光；对另外一路光信号进行光电转换并将其中相互正交的M个线性调频信号分离出来发射出去；利用N个接收天线分别接收目标反射信号，进行去斜处理和波长解复用，对所得到的M路光信号分别进行光电转换、低通滤波和模数转换，得到M×N路数字信号，对数字信号进行处理，得到目标探测结果。本发明还公开了一种微波光子MIMO雷达系统。本发明能够大大提高雷达系统的距离向分辨率和方位向分辨率。

摘要： 微波光子控制装置具备并列地与供微波光子传播的波导分别连接的第一量子比特和第二量子比特、以及所述第一量子比特与所述第二量子比特之间的直接耦合。第一量子比特与第二量子比特的间隔为微波光子的波长的(1/4+n/2)倍(n为0以上的整数)。在第一量子比特与第二量子比特之间形成量子纠缠状态。直接耦合消除第一量子比特与第二量子比特之间的经由波导进行的耦合。微波光子控制装置通过对第一量子比特及第二量子比特的弛豫速率以及量子纠缠状态的相位进行控制，由此切换第一动作模式、第二动作模式、第三动作模式地进行动作。

摘要： 本发明提供一种基于光电异构集成的微波光子收发电路及微波光子收发器。该方法包括：微波/毫米波集成电路芯片的第一输入端用于输入的第一电信号，第一输出端用于输出处理后的第一电信号；激光器芯片将第一电信号转换为第一光信号进行输出；第一光电探测器芯片接收第一光信号，转换成第二电信号，通过微波/毫米波集成电路芯片对激光器芯片进行反馈控制；第二光电探测器芯片探测第二光信号，转换为第三电信号输入到微波/毫米波集成电路芯片，对第三电信号进行处理后输出。本发明能够实现光器件与微波/毫米波集成电路芯片的单片系统集成，提高微波光子收发电路的频率特性，实现微波光子收发电路的小型化以及集成化。

摘要： 本发明公开了一种微波光子多波段雷达探测方法。其中，多波段微波探测信号的生成方法如下：将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路；将一个宽带线性调频信号调制于其中一路，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；另一路光信号则调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；将扫频光频梳与M根已知波长的梳齿耦合为一路后进行光电转换，即得多波段微波探测信号。本发明还公开了一种微波光子多波段雷达。本发明具有光子技术高频、大带宽的优势，能够实现实时高分辨的多功能探测，同时解决了去斜处理多波段回波信号时频率交叠的问题。

摘要： 本发明公开了一种微波光子滤波方法，用频率为f的微波信号对光载波进行相位调制，生成n阶光边带的调制光信号，n为大于等于2的整数；用中心频率与光载波相差Δf、通带宽度为BW的光带通滤波器对所述调制光信号滤波，其中，fBW、fc分别为所述微波光子滤波方法滤波通带的带宽和中心频率；对滤波后的调制光信号进行光电转换，得到所述微波信号的2n‑1阶谐波分量。本发明还公开了一种微波光子滤波装置。本发明利用相位调制器的非线性，能够实现非线性的奇次高阶谐波的微波光子滤波，可将微波光子滤波器的中心频率提高至W波段甚至更高频段。