支撑RoF技术的新型光电子器件及技术

两个半导体激光器，它们存在随机的相位噪声，由此产生的拍频毫米波信号也存在相位噪声。这对系统性能造成很大影响，因此必须消除。为此近年来有了一些新的研究，主要有光注入锁定法(OIL)[11]、光学锁相环法(OPLL)[12]和光注入锁相环法(OIPLL)[13]。

1.4 基于特殊功能器件的毫米波副载波脉冲信号的光学产生技术

除了上面介绍的几种连续的毫米波副载波调制信号的光学产生技术外，近年来，基于一些特殊设计功能器件或组合器件的毫米波副载波脉冲信号的光学产生技术也吸引了人们很大的关注，研究人员也取得了一些不错的研究结果。其基本物理思想是：利用光纤和光纤器件的色散和非线性效应，实现在一个光脉冲内部的自拍频，从而实现将一个单一的光学脉冲转换为毫米频率调制的光学脉冲，然后经过高速的光电转换后，形成一个高频的毫米波脉冲信号，通过天线发射出去。

文献[14]最早介绍了这种光生毫米技术，如图4所示。线性偏振入射光波的偏振方向与双折射光纤的慢轴x方向成θ夹角；检偏器以与光纤快轴成φ角放置。光脉冲在光纤中传输时，存在两偏振分量，同时，由于光线的色散效应和非线性的自相位调制效应，光谱发生频移，经检偏器后两分量发生差拍，即在一个脉冲包络内部发生高频调制。这种高频调制，可以是单一射频频率的调制，也可以是具有啁啾性的调制，取决于光纤和光脉冲参数的选择和控制。

为了降低对于光纤和光脉冲参数的控制要求，有人采用一个马赫-曾德干涉仪来代替双折射光纤[14]。在这一实验中，由光纤激光器输出的1 550 nm波段3 ps脉宽、250 MHz重复频率的光波经环行器后输入到一个啁啾率为0.13 nm/cm的10 cm长的啁啾光纤光栅上，光纤光栅反射后脉冲展宽为1 000 ps。马赫-曾德干涉仪的一臂接入了一个可变时延器和一个偏振控制器，这样，在干涉仪的第二个耦合器上，啁啾光脉冲的前沿就可能与后沿发生差拍，产生一个射频调制的光脉冲。基于上述思想，一些其他的特殊无源新型的功能器件的光生毫米技术的产生方法也被提出。如利用一个具有双峰值波长的变迹莫尔光纤光栅滤波器来实现毫米波副载波信号的产生[15]。图5显示了相应结构的示意简图。输入窄脉冲激光经光纤环行器入射到光纤光栅并被其反射回到环行器，从另一端口输出，采用的光纤光栅具有双峰值波长的光谱结构。入射光谱被光纤光栅谱所调制，转换为一个具有双峰值波长光谱的光脉冲。当这一光束被光电二极管接收时，双波长之间发生拍频，在时域上转换为一个与入射光脉冲时间和幅度相对应的毫米波调制的脉冲串，构成一个幅移键控(ASK)调制的毫米波副载波。其中，具有双峰值波长的光纤光栅可以通过光栅的逆工程方法进行设计。在这种技术方案中，其基本结构是一个特殊设计的莫尔光栅，这种光栅目前在设计上和工艺上都已经比较成熟。图6为设计的修正的莫尔光纤光栅的折射率分布和反射谱。

此外，也可以利用简单低反射率腔的FP滤波器，实现脉冲的重复延时，形成高重复频率超短脉冲序列，即毫米波脉冲包络，来实现光生毫米波技术。其基本思路如图7所示。进行初步的理论分析[16]得到相关的器件特性参数与所产生的微波脉冲特性之间的关系，可通过调节FP腔的光程和反射率来控制输出光学脉冲的重复频率、消光比和包络波形。初步的研究结果表明这一方案技术成熟，简单易行。为了改善毫米波脉冲包络的质量和性能，可以通过FP半导体光放大器(SOA)组合功能器件的使用来实现，其基本思路如图8所示。即利用SOA的驱动电流脉冲的波形，产生具有所需时域波形的增益，来放大和控制光脉冲幅度，实现脉冲包络的整形。这种方法可以将高频重复脉冲序列的产生及其包络波形的整形结合在一个器件上完成。

除此之外，其他一些组合的新型功能的光电器件技术也可以应用来进行毫米波副载波的光学产生，如参考文献[17]提出的利用脉冲重复率倍增和时域泰伯效应的组合光电子器件实现毫米波脉冲的产生(如图9所示)，以及文献[18]提出的级联的Gires-Tournois干涉仪或环型谐振腔来实现毫米波的光学产生(如图10所示)等等，这些新型的功能器件的使用在一定程度上都对毫米波的性能起到了一定的改善作用，它们都为RoF技术的发展起到了积极的推进作用和相关的技术储备。

2 RoF接收端技术

RoF接收技术也是一项十分关键的技术。在RoF接收系统中，光载波的发射和接收全部在中心站完成，而在基站中只保留高速光电探测器、调制器和天线。这样，从中心站发射的载波经过光纤传输到达基站后，通过光电探测器光电转化后经过天线发射出去。而基站天线接收到的射频信