【摘 要】
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微波频率梳(Microwave frequency combs,MFCs)能够同时提供多个不同频率的微波信号,在卫星通信、遥感、测距和抗干扰检测等领域具有广泛的应用。目前MFCs的产生方法主要有电学和光学两种。电学方法由于受到“电子瓶颈”的限制,产生较大带宽的MFCs相对比较困难。MFCs的光学产生方法主要有三种:第一种是基于激光扫描隧道显微镜的隧道结产生MFCs;第二种是利用光电探测器将光学频率
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微波频率梳(Microwave frequency combs,MFCs)能够同时提供多个不同频率的微波信号,在卫星通信、遥感、测距和抗干扰检测等领域具有广泛的应用。目前MFCs的产生方法主要有电学和光学两种。电学方法由于受到“电子瓶颈”的限制,产生较大带宽的MFCs相对比较困难。MFCs的光学产生方法主要有三种:第一种是基于激光扫描隧道显微镜的隧道结产生MFCs;第二种是利用光电探测器将光学频率梳(Optical frequency combs,OFCs)转换为MFCs;第三种是基于外部扰动下半导体激光器(Semiconductor lasers,SLs)的非线性动力学态产生MFCs。相比于前两种方法,第三种方法因其所产生MFCs具有梳距易于调节的特点而受到额外关注。然而,目前基于第三种方法所产生的MFCs由于低频端梳线功率过大,导致MFCs的连续带宽(定义为从零频开始计算、梳齿幅值在±5 d B变化范围所对应的连续频率范围)相对较小。本文在基于光注入SL产生梳距可调谐的MFCs基础上,通过进一步引入相位调制技术,以获取大连续带宽、梳距可调谐的优质MFCs。首先,通过单频电信号调制分布式反馈半导体激光器(DFB-SL1),得到包含几条梳线的种子OFC。然后,将种子OFC送入由同一单频电信号驱动的相位调制器中,获得梳线较多的提升OFC。最后,将提升OFC注入到另一个DFB-SL(DFB-SL2)中,此时除了注入的提升OFC外,在DFB-SL2的红移中心波长附近还可以观察到一个再生的OFC。在这种情况下,整个OFC可以看作是两个子OFCs的组合,然后通过光电探测器将DFB-SL2的输出转换成电信号,得到一个宽带MFC。实验结果表明:利用频率为2.9 GHz的单频电信号,在合适的注入功率和频率失谐条件下,可以得到一个幅值变化±5 d B范围内连续带宽为55.1 GHz的MFC,且在该带宽范围内的每条梳线的相位噪声均低于-98.66 d Bc/Hz@10 k Hz。此外,通过改变单频电信号的频率并选择匹配的工作参数,可以获得梳距可调的宽带MFC。特别地,我们还分析了频率失谐Δf和注入功率Pi变化对产生的MFC带宽的影响。随着Δf增加,MFC带宽先维持在一个很小的值而后呈现振荡的变化趋势,在Δf=37.4 GHz时有最大的带宽为55.1 GHz。对于固定的Δf=37.4 GHz,随着Pi的增大,MFC带宽先增大,达到最大值55.1 GHz,然后逐渐减小。
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