微波光子学及其链路研究进展与应用综述

微波光子学及其链路研究进展与应用综述摘要:微波光子学以光子技术为工具，生成、解决、传播微波/毫米波信号,注重微波与光子在概念、器件和系统方面的结合。微波光子学典型研究涉及了微波信号的光产生、解决和转换，微波信号在光链路中的分派和传播等。微波光子链路技术与老式电子技术相比则具有非常明显的优势：重量轻,易于铺设,抗电磁干扰,低损耗，高带宽等。本文通过对微波光子链路领域有关文献的阅读与学习,对该领域的研究进展和技术应用进行简要综述。核心词:微波光子学;微波光子链路；系统应用引言微波光子学(Micoave htonic, MP)作为微波与光子技术结合的一种新兴学科,发展迅速。在过去3年中,微波光子学在理论、器件、核心技术和系统应用层面都获得了进步与发展,某些应用甚至已经实现了实用化。在船舰、机载、卫星、雷达系统、无线通信等或民用或军用领域的复杂多元化电磁环境中，微波光子信息解决技术的地位日益凸显,有着广阔的应用前景。微波光子链路（Mcrowve hotn in, MPL）也得益于微波光子学迅速的发展与进步而受到广泛地关注与研究。光生毫米波技术、光纤无线电(F)技术、光控相控阵技术等作为微波光子学技术的分支,近年来已成为国内外研究热点。微波光子链路作为这些技术的重要构成部分，优势明显,在电子战、雷达、遥感探测、无线通信等领域得到广泛应用。一、微波光子学及微波光子链路的研究进展与研究现状.1 微波光子学及其链路背景光波分复用技术及掺铒光纤放大器（DA）浮现后,光通信得到迅速发展。无线通信容量需求也不断发展增长,应用于光纤系统中光发射和接受中的微波技术也在迅速发展。老式的微波传播介质在长距离传播时具有很大损耗,但光纤系统具有低损耗、高带宽特性，对于微波传播和解决相称具有吸引力。光纤技术与微波技术互相融合成为一种重要的方向。理论上说,微波技术和光纤技术的理论基本都是电磁波动理论。理论基本的统一,使得微波器件和光电子器件可使用想通材料和技术在统一芯片上集成，增进了微波光子学学科的产生。微波光子链路作为微波光子学的基石,重要完毕微波信号和光信号之间互相转换、传播的任务。12 微波光子学的核心技术发展微波光子学将微波技术与光纤技术相融合，重要研究微波信号的光产生、解决和转换以及微波信号在光链路中的分派和传播。运用光学措施产生微波信号、光调制技术、光探测技术、微波光子滤波技术、模数转换技术、光域微波放大技术及克服微波副载波对光纤传播链路的影响等技术成为微波光子学中的核心。2.1 运用光学措施产生微波信号微波通信向37GHz高频率的发展对老式微波器件是很大的挑战,运用光学技术产生微波信号便呈现出很大吸引力。年，英国电信研究院的David ake运用多纵模DFB激光器中的两个纵模进行拍频，获得了42GHz信号的输出。近年来,人们也采用了多种措施始终均匀加宽导致的模式竞争,实现了双波长光纤激光器，并产生出360Gz不等的微波信号。，加拿大姚建平研究小组提出运用大微波输入功率驱动一种铌酸锂调制器，再用一种光纤光栅滤波器滤去光载波分量可获得两个光边带，拍频后获得了 350 Gz宽带可调的毫米波信号。中国近年也在光外调制方面有了诸多报导,结合运用非线性光子器件的倍频效应,可产生频率在60GHz范畴的微波信号。1.2 光调制技术由于增益压缩系数的限制,在室温下直接调制带宽很难超过30 GHz。采用行波构造的LbO3调制器,可实现70GHz的带宽。也可采用电吸取调制器,由于其体积小、驱动电压低,便于与激光器、光检测器等集成为一体，是很有发展前景的一种光调制器件。1.3 光探测技术微波光子学中实用的光探测器必须具有与常规光通信规定不同的性能,目前可以满足上述规定的器件称为单一渡越载流子光电二极管（UTD)。目前已获得1.55波段1.5Hz信号的检测，并有了将UTP与发射天线或与调制器做成单片集成器件的报导。1.4 微波光子滤波技术微波光子滤波器起初应用于需要高速信号解决能力的雷达系统和航空航天领域。随着ROF系统研究的进一步，微波光子滤波器在通信系统中得到应用。目前国际上的研究集中在设计新型滤波器构造以实现Q值更高的频率相应、负抽头系数、可调性、可重构和更大的动态范畴等。1.25模数转换技术微波光子学中针对模数转换提出光学时间拉伸措施,其基本原理是运用光子解决过程减慢电信号速度以改善电域中的模数转换器。其中光解决重要有波长时间转换、波长域解决、波长时间映射三步。1.2.6 光域微波放大技术在光域实现对微波信号的放大重要运用常用的EDF的增益和光与微波的互相作用两种。1.2 克服微波副载波对光纤传播链路的影响微波在光纤中的传播特性是微波光子学的重要研究内容。因此，微波光纤传播系统中传播多种调制格式如正交移相键控（QPK）、正交幅度控制（QM）和用正交频分复用（OFDM)技术时基带数字信号和中频信号时的链路特性,是近期研究的热点内容。二、微波光子学及微波光子链路的应用微波光子学中，光生毫米波技术、OF技术、光控相控阵技术等微波光子学技术的分支成为近年来国内外研究的热点。微波光子链路作为这些技术的核心，接受微波信号并提供微波信号输出，直接进行微波信号传播，具有带宽敞、体积小、重量轻、损耗小、抗电磁干扰、色散低等诸多有点。广泛应用于诸如电子战、雷达、无线通信、有线电视(CV）等领域。电子战领域据澳大利亚国防部报导，微波光子链路的动态范畴和损耗已达到电子战的规定，并且被应用到一系列电子战的接受机中。微波光子链路的引入，使得电子对抗与电子增援系统同它们的天线在空间上远距离分开,大大减少了对电子对抗和电子增援系统功能的限制。并且,微波光子链路可进行多路发射与接受,使得立体电子对抗及电子增援系统和射频网络成为也许。22 雷达领域将光子技术引入到雷达,特别是相控阵雷达中,成为雷达技术发展中的一种新领域。相控阵天线是相控阵雷达的核心技术。相控阵天线采用微波光链路波束形成的措施，运用光学的真时延特性，实现宽带信号的波束指向无偏斜,具有较大优势。2.无线通信领域OF在190年被oope一方面提出,也称作“光纤无线电”。RF系统用于无线传播、超宽带接入等系统中,是目前学术界研究的热点。与老式的微波系统相比,OF系统有着更宽的带宽、更广的蜂窝覆盖、较低的成本、较低的功耗和易安装等长处,在将来通信、军事上有着重要的应用价值。2.4 有线电视领域微波光子链路在民用方面除了用在通信领域外,还可以用于有线电视的信号分派，由于在CAT中,光纤可同步传播诸多的频率,因此必须将这些频率辨别开来。低损耗的光纤可以少用甚至不用放大器，这是在用同轴电缆进行信号分派时必不可少的。三、总结作为一门新兴的交叉学科,微波光子学有着广泛的应用前景。除了在有线电视、RF通信和雷达中的应用外，微波光子学将来也许的应用还涉及广播、无线多媒体业务、高清视频流、吉比特无线局域网、个域网、光探测与测量和射电天文学等，并可期待在太赫兹技术、高敏捷度传感和量子密钥分派等领域获得进一步研究与发展。参照文献1 闭斌双 L波段微波光子链路研究D. 桂林电子科技大学,陈明莉,尹言平 超长距离无中继微波光子链路传播的探讨J. 数字技术与应用 金丽丽 高性能微波光子链路研究. 电子科技大学,4 高学民. 光纤技术在雷达中的应用J.光纤与电缆及其应用技术,194(）：8-165 邵海峰. 硅基集成微波光子学研究. 浙江大学,6 左磊. 毫米波微波光子链路性能分析与优化.南京邮电大学，7 金丽丽,陈福深，陈吉欣.微波光链路的噪声系数分析J. 激光与光电子学进展,4（11）：92968 黄威 微波光纤延迟线设计及微波光子链路研究D. 西安电子科技大学， 田跃龙，刘志国. 微波光子雷达技术综述J.电子科技,30（5)：9-19810谢世钟，陈明华,陈宏伟. 微波光子学研究的进展J. 中兴通讯技术，,（3）：6101 李瑛.微波光子学中的毫米波产生及应用研究. 复旦大学,