红外与激光工程
2022, 51(4): 20210156
1 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
针对微波通信、超视距雷达和有线电视系统等军民应用需求,为了实现光载射频信号的大动态远距离传输,提出了基于光学锁相环与粒子群算法的零差相干微波光子传输链路技术。该链路前端采用零差光锁相环实现了本振光对信号光的相位跟踪锁定,抑制了锁相带宽内的激光器频率漂移和相位噪声以及长距离光纤导致的相噪恶化,同时平衡探测方式消除了直流分量相关相对强度噪声;通过分析链路前端非线性失真来源,在后端数字处理单元利用粒子群算法寻找最佳非线性失真纠正系数,并对I/Q两路数字信号进行延时匹配、幅相均衡以及线性相位解调,实现了100 MHz频段内射频信号的大动态远距离(≥120 dB·Hz 2/3和100.8 km)传输。
光通信 微波光子链路 大动态范围 光学锁相环 粒子群算法 零差相干探测
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室, 上海 200080
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
3 中国科学院大学, 北京 100049
合成孔径激光雷达具有成像分辨率与探测距离无关的特点。与微波相比,激光波长至少小3个数量级,因此能实现更高分辨率的成像,但是波长更短时成像更容易受系统自身引入的相位误差的影响,从而导致成像模糊。为了消除该误差对成像的影响,提出采用光学锁相环(OPLL)技术抑制编码合成孔径激光雷达的系统随机相位噪声。在发射端,激光信号经编码信号驱动的电光调制器调制后用于探测目标;在接收端,对接收到的回波信号与本振光进行正交解调。所提出的基于OPLL的编码合成孔径激光雷达工作在1550 nm波段,调制带宽为1.25 GHz,脉冲重复频率最高可达1.2 MHz/s。实验结果表明,在没有OPLL时,系统随机相位波动大于100 rad,采用OPLL后,系统内部相位稳定度优于0.1 rad,大幅度提高了系统自身的相位稳定度和方位向合成成像精度。
相干光学 合成孔径雷达 光学锁相环 误差传递函数 相位稳定度
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
星间高码率光通信系统中由于无法进行光学中继放大,需要高码率、高通信灵敏度的光学接收机。分析了采用掺铒光纤放大器(EDFA)作为光学预放的高灵敏度零差相干接收机方案,并搭建了零差相干通信系统,测试了系统在通信速率为8~10 Gbit/s下的二进制相移键控(BPSK)通信性能。实验表明,此系统在无编码误码率要求为10 -3时,10 Gbit/s BPSK通信信号接收灵敏度约为-48 dBm,距离量子噪声极限仅7 dB,优于已发表的10 Gbit/s零差相干通信系统测试结果。
光通信 零差相干探测 光学锁相环 掺铒光纤放大器 自由空间光通信 中国激光
2019, 46(11): 1106001
1 北京航空航天大学 惯性技术重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学 精密光机电一体化教育部重点实验室, 北京 100191
设计了用于谐振式光纤陀螺系统中两个半导体激光器相对频率噪声抑制的全光纤光路外差式光学锁相环, 建立并分析了陀螺精度需求和外差式光学锁相环关键参数的关系, 同时对外差式光学锁相环全数字反馈控制环路进行了设计和仿真.通过实验对设计的系统进行性能验证.结果表明两个主从激光器的中心频率实现了参考频率源频率的锁定, 且拍频激光中心频率相对于光纤环形谐振腔谐振频率偏离幅值减小了15 dB.
谐振式光学陀螺 光纤光学陀螺 光学锁相环 相位锁定 全光纤 光纤光学 Resonator optic gyros Fiber optic gyro Optical phase locked loops Phase-locking All fiber Fiber optics
为了获得利于相干合成的具有高相干性的单元光束,可利用光学锁相环(OPLL)来实现本振激光的相位锁定。推导了锁相后激光复振幅的互相关函数表达式,并以此评价锁相后光束间的相干性。具体计算了参考光线宽、时间常数和本振激光线宽差对互相关函数值的影响。定义与本振激光线宽差相关的评价参数M,以此表征当其他参数一定时本振激光线宽差对锁相后激光相干性的影响。进一步针对本振激光线宽不一致对锁相效果的影响进行详细分析,得到相关参数合理值范围的计算公式。结果表明对于不同的本振激光线宽差范围需要设计不同的OPLL系统时间常数来实现有效锁相。
激光器 激光锁相 光学锁相环 互相关函数 相干合成 光学学报
2018, 38(12): 1214003
北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术国防科技重点实验室, 北京 100095
光学锁相环(Optical Phase-locked Loop, OPLL)技术是实现激光相位相干的有效方法。鉴于环路滤波器参数直接影响光学锁相环系统的整体性能, 提出了一种二阶无源环路滤波器参数的优化方法。首先, 根据相角裕度定义及系统开环传递函数的数学模型, 推导出环路滤波器参数设计的公式, 并设计了一种基于MATLAB的参数优化算法。然后, 为精确地设计拉曼激光光学锁相环参数, 设计了消多普勒饱和吸收谱实验,并对激光器的压电陶瓷端口反馈增益参数进行测量。在锁相环闭环控制系统性能仿真中, 得到了单位阶跃响应的超调量为6.53%, 调节时间为0.584 ?滋s。最后, 对拉曼激光光学锁相环各个模块进行Simulink建模并仿真, 仿真结果表明锁相环能够实现对拉曼光相位锁定且锁定时间为2 ?滋s, 因此, 验证了锁相环参数设计方法的正确性。在工程应用中, 为光学锁相环的参数设计提供了重要参考价值。
光学锁相环 环路滤波器 参数设计 仿真 拉曼激光 optical phase-locked loop loop filter parameters design simulation Raman laser 红外与激光工程
2018, 47(4): 0406007
长春理工大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
星间相干通信系统其多普勒频移达到了吉赫兹量级,同时受到调谐激光器线宽、相位噪声的影响,对光学锁相环路系统提出了高要求。依据科斯塔斯锁相环技术原理,将温度调谐、压电陶瓷(PZT)调谐、声光移频器(AOFS)调谐复合到一起,通过内环与外环方式对本振激光器进行调控,实现光学锁相功能。搭建实验测试系统对环路性能进行测试,结果表明:此系统可达到锁相范围为4 GHz,锁相带宽为1.7 MHz,实现了信号光与本振光之间的多普勒频移跟踪、激光器线宽补偿及相位快速锁定,最终相位残余误差5.1°。
光通信 多普勒频移 光学锁相环 调谐激光器 复合环路
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230088
2 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心, 上海 201800
单段式分布式反馈(DFB)半导体激光器的频率调制相位响应曲线在0.1～5 MHz之间, 且具有180°的相位反转, 其作为从激光器的光学锁相环(OPLL)结构难以实现锁相。为解决单段式DFB半导体激光器的锁相问题, 在单环反馈回路中加入可调超前移相功能电路和可调增益功能单元, 并优化相移参数, 实现MHz量级线宽DFB激光器相位的锁定。改进后OPLL在锁相状态下的残余相位噪声为0.012 rad2, 激光器线宽从2 MHz压窄到10 kHz。研究了反馈环路的环路增益对OPLL锁相性能的影响, 并给出了最优的环路增益控制参数。
激光器 半导体激光器 单段式分布式反馈 光学锁相环 频率噪声功率谱密度
