第1章 绪论 1
1.1 微波光子学发展的技术背景 1
1.2 光子学技术的发展历程及最新
进展 2
1.2.1 光纤技术 2
1.2.2 激光及光放大技术 4
1.2.3 光调制技术 4
1.2.4 光检测技术 5
1.2.5 光通信技术 5
1.3 微波毫米波技术的新进展 7
1.4 微波光子学的进展及应用 8
1.4.1 微波毫米波的光学产生方法 8
1.4.2 微波毫米波信号的光域处理 8
1.4.3 系统应用 9
第2章 光子技术基础 10
2.1 平面及条形光波导传输原理 10
2.1.1 薄膜波导 10
2.1.2 对称薄膜波导 12
2.2 条形光波导及带状波导 12
2.3 光纤中的传播模式 15
2.3.1 光纤中的电磁场方程 15
2.3.2 传播模式 16
2.4 光纤的色散特性 19
2.4.1 群速度色散 19
2.4.2 偏振模色散 22
2.5 光纤的非线性特性 23
2.5.1 光纤的非线性折射率 23
2.5.2 自相位调制(SPM) 23
2.5.3 交叉相位调制(XPM) 24
2.5.4 光孤子传输 25
2.5.5 四波混频 26
2.5.6 受激拉曼散射(SRS) 27
2.5.7 受激布里渊散射(SBS) 30
2.6 半导体激光器(LD) 31
2.6.1 半导体激光器的工作机理 31
2.6.2 半导体激光器的工作特性 34
2.7 半导体光检测器 36
2.7.1 光检测原理 36
2.7.2 pin光电二极管和雪崩光电
二极管(APD) 38
2.7.3 响应度和量子效率 39
2.7.4 光检测器的响应时间 39
2.7.5 光检测器的噪声 41
第3章 新型光子器件技术 43
3.1 高频直接调制半导体激光器 43
3.1.1 张弛振荡频率 43
3.1.2 交调失真 45
3.1.3 共振调制 46
3.2 超短脉冲激光器 47
3.2.1 锁模光纤激光器 47
3.2.2 锁模半导体激光器 49
3.2.3 增益开关半导体激光器 50
3.2.4 电光调制器组合光源 52
3.2.5 超连续(SC)谱脉冲光源 54
3.3 窄线宽光纤激光器 54
3.3.1 DBR光纤激光器 55
3.3.2 DFB光纤激光器 55
3.4 电光调制器 56
3.4.1 MZM的主要参数 56
3.4.2 MZM的调制曲线 57
3.4.3 MZM的输出信号 58
3.4.4 MZM输出信号的频谱分析 59
3.4.5 MZM的偏置点选择 60
3.5 高速光检测器 61
3.5.1 超宽带型光电检测器 61
3.5.2 高饱和电流型光二极管 63
3.5.3 平衡光检测器 64
3.5.4 高速光检测器小结 66
3.6 光纤光栅 66
3.6.1 光纤光栅的基本概念 66
3.6.2 FBG的分类 67
3.6.3 光纤光栅的制作方法 69
3.6.4 光纤光栅的应用 70
3.7 非线性光纤光学器件 70
参考文献 71
第4章 微波毫米波信号的光学产生及
处理 74
4.1 基于光学拍频的微波毫米波信号
产生方法 74
4.1.1 外调制产生光生毫米波 75
4.1.2 锁相激光器外差法 80
4.1.3 基于双波长激光器的光生毫米
波产生技术 83
4.2 基于超连续光谱的微波信号
产生方法 84
4.3 基于光电混合振荡器(OEO)的毫米
波信号产生方法 89
4.3.1 光电振荡器的研究现状 90
4.3.2 光电振荡器的关键技术 93
4.3.3 光电振荡器的应用 107
4.4 微波光子滤波器的原理 109
4.4.1 不同抽头系数的微波光子
滤波器 111
4.4.2 不同光源类型的微波光子
滤波器 112
4.4.3 微波光子滤波器的性能指标 117
4.5 微波光子滤波器的实现方法 122
4.5.1 有负系数的微波光子滤波器的
实现方法 123
4.5.2 单光源微波光子滤波器的
实现方法 125
4.5.3 多光源微波光子滤波器的
实现方法 128
4.5.4 克服相位噪声限制的方法 136
4.5.5 微波光子滤波器实现方法
小结 141
4.6 基于布里渊效应的微波毫米信号
光学产生及滤波方法 141
4.6.1 多波长布里渊光纤激光器 142
4.6.2 基于多波长布里渊光纤环形激光
器的微波信号产生方法与实现 143
4.6.3 基于布里渊选择放大技术的
微波信号产生方法 149
4.6.4 基于布里渊散射的光载波
抑制滤波 151
参考文献 155
第5章 基于光子学原理的射频任意波形
产生技术 158
5.1 概述 158
5.1.1 基于傅里叶变换光脉冲整形
的光学任意波形产生 158
5.1.2 基于光脉冲频谱整形与频率-时间
映射的光学射频波形产生 160
5.1.3 基于直接空-时域脉冲整形的
光学射频波形产生 163
5.1.4 基于微波光子滤波器的光学
射频波形产生 164
5.1.5 基于时域脉冲整形的光学射频
任意波形产生技术 164
5.2 典型的OAWG实现方法 166
5.2.1 基于傅里叶变换光脉冲整形的
任意波形产生 166
5.2.2 基于光脉冲频谱整形与频率-
时间映射的任意波形产生 175
5.2.3 基于直接空间-时域光脉冲整形的
任意波形产生技术 183
5.2.4 基于微波光子滤波器的射频
任意波形产生技术 187
5.2.5 基于时域光脉冲频谱整形的
射频波形产生技术 189
5.3 OAWG的发展趋势 192
5.3.1 动态可重构的OAWG 192
5.3.2 集成化的OAWG 198
参考文献 202
第6章 高速光编/解码技术及其应用 204
6.1 OCDMA通信及光编/解码概述 204
6.2 OCDMA技术的原理及特点 204
6.3 OCDMA技术的发展历程
及分类 205
6.4 OCDMA的关键技术 209
6.4.1 码字构造技术 209
6.4.2 光编/解码技术 210
6.4.3 OCDMA系统技术 215
6.4.4 基于SSFBG的真实相移(TPS)
编/解码器 216
6.4.5 基于SSFBG的等效相移(EPS)
编/解码器 218
6.5 高速保密OCDMA通信系统 224
6.5.1 单用户2.5 Gb/s 60km传输
实验 224
6.5.2 双用户2.5Gbps 100km传输
实验 227
参考文献 231
第7章 射频信号光传输系统 235
7.1 RoF概述 235
7.1.1 RoF的优势及问题 235
7.1.2 用于RoF系统的新技术 236
7.2 RoF的系统构成 237
7.2.1 用于无线通信网的RoF系统
构成 237
7.2.2 RoF系统的结构 239
7.3 射频信号在光纤中的传输损伤 240
7.3.1 RoF系统的主要性能指标 240
7.3.2 RoF系统中色散对传输信号
的影响 249
7.3.3 光纤色散对OFDM信号传输
性能的影响 256
7.4 RoF系统的典型实现 257
7.4.1 应用光PSK调制的60 GHz RoF
下行链路系统 257
7.4.2 使用上行的光上转换和下行的再
调制OOK的双向RoF链路 260
7.4.3 基于布里渊散射的全光变频
的RoF系统 263
7.4.4 基于光注入条件下DFB激光器
产生单边带调制信号 268
7.5 RoF系统的应用 270
7.5.1 RoF在卫星通信中的应用 270
7.5.2 RoF在移动通信中的应用 271
7.5.3 宽带无线接入 272
7.5.4 智能交通通信和控制 274
7.5.5 军事应用 275
7.6 RoF系统的发展趋势 276
7.6.1 低成本激光器 277
7.6.2 系统中的光纤 277
7.6.3 调制收发器 280
参考文献 280
第8章 微波阵列天线的光学控制技术 282
8.1 相控阵天线原理 282
8.2 真时延对相控阵雷达性能
的提高 284
8.3 光控相控阵天线 285
8.3.1 光控相控阵天线国外研究
现状 286
8.3.2 光控相控阵雷达技术的应用
前景 288
8.3.3 光控相控阵雷达的关键技术 288
8.4 光真时延迟线的实现方法 289
8.4.1 基于时延切换的OTTD及波束
形成技术 290
8.4.2 基于空间光调制器和偏振分束
器的波束控制结构 291
8.4.3 基于色散器件的波束形成
实现方案 293
8.4.4 基于超结构光纤光栅的时延
实现方法 295
8.5 光子射频移相器的实现方法 297
8.5.1 基于外差混频技术的光子
射频移相器 297
8.5.2 基于矢量和技术的光子射
频移相器 298
参考文献 300
第9章 太赫兹技术 302
9.1 太赫兹辐射的产生方法 302
9.1.1 基于超快激光技术的太赫兹
辐射源 303
9.1.2 基于光学差频和光学参量方法
的太赫兹辐射源 306
9.2 太赫兹信号的检测技术 309
9.2.1 相干探测 3099.2.2 非相干探测 311
9.3 太赫兹功能器件 312
9.3.1 固态集成电路太赫兹放大器 312
9.3.2 光子晶体太赫兹器件 313
9.3.3 表面等离子体太赫兹器件 316
9.4 太赫兹通信技术 318
9.4.1 基于光学方法的太赫兹无线
通信系统 319
9.4.2 光载太赫兹波传输系统 322
9.5 太赫兹技术的潜在应用领域 324
参考文献 325