英语原文共 10 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
附录A 译文
双边带载波抑制调制系统对输出载波的相位本底噪声抑制
LUO Xin, HAN XiuYou, GU YiYing, Ll ShanFeng amp; ZHAO MingShan*
大连理工大学物理与光电工程学院，辽宁大连116023，于2009年10月27日收到; 于2010年4月3日接受; 于2011年2月3日在线发表。
摘 要
提出了双边带载波抑制（DSB-CS）调制系统对输出载波相位本底噪声影响因素的理论模型。 基于已建立的具有不同情况的DSB-CS调制系统，分别使用理论模型测量和计算输入载波和输出倍频载波的相位噪声。 计算结果与测量结果基本一致。 结果表明，输出载波的相位本底噪声主要受信号自发拍频噪声和激光相对强度噪声（RIN）的影响。 因此，通过选择具有低RIN的激光和具有低噪声系数的EDFA，可以最小化输出载波的相位本底噪声。
关键词：微波光子学，抑制载波双边带调制，相位噪声。
- 简介
具有损耗低，带宽高，尺寸小，重量轻等主要优点的微波光子技术被认为是用于产生和传输微波和毫米波信号的传统解决方案的有吸引力的替代方案[1]。对于微波光学链路，有几种不同类型的调制器，包括单电极Mach-Zehnder调制器（MZM），双电极MZM [2,3]，由两个MZ结构组成的光调制器[4,5]，光学相位调制器[6,7]和电吸收调制器。对于单电极MZM，根据DC偏置点将强度调制分为三类。它们是传统线性调制（正常双边带调制），当调制器偏置在传输曲线的正交点时[8]，调制在最小光传输时偏置时抑制偶数阶光学边带（DSB-CS）[9]，以及在最大光传输时偏置时抑制奇数光学边带的调制[10]。
所有这些调制方法都有各自的优点。 DSB-CS调制实现了倍频，无需额外的器件来滤波光学载波[11,12]，因此它大大降低了光调制器，电驱动信号源和驱动电路的带宽要求。 DSB-CS调制还降低了光纤色散的影响[13]，并且在微波光学链路中具有许多重要的应用。
图1 DSB-CS调制系统的架构。
DSB-CS调制系统最重要的应用之一是将高频载波分配给许多负载[14]。作为载波分配系统，它不应引起相位噪声的大幅度降低，这对雷达系统和无线电通信系统有重要影响[15]。然而，来自DSB-CS调制系统的输出双频载波的相位本底噪声确实会降低。因此，我们需要研究原因并尝试尽可能降低衰减。在本文中，我们提供了一个理论模型来量化所有影响因素，包括EDFA的放大自发辐射（ASE）噪声，激光器的RIN，光电探测器的散粒噪声（PD）和热噪声。根据计算结果，输出双频载波的相位噪声基底主要受信号自发拍频噪声和激光RIN的影响，如实验所证实的。因此，通过选择具有低RIN的激光器和具有低噪声系数的EDFA，可以最小化输出双频载波的相位本底噪声。
- 系统架构和理论模型
2.1系统架构
图1显示了DSB-CS调制系统的典型架构。 载波由信号发生器产生。 半导体激光器用作光源。 光衰减器用于调节调制器的输入光功率。系统中使用的调制器是Mach-Zehnder光强度调制器（MZM）。 偏置控制器用于控制偏置电压。 调制光由EDFA放大并通过光分路器传输到PDS。 来自PDS的输出倍频载波被传输到负载。
2.2理论模型
通常，单边带噪声与载波比L（f）用于量化载波的相位噪声，其中f是来自载波的频率偏移。 相位噪声基底通过单边带噪声与载波比超过1 MHz载波偏移L（fgt; 1 MHz）[14]来量化。
输出倍频载波超过1 MHz载波偏移的单边带噪声与载波比定义为
（1）
其中Ntotal是负载接收的各种噪声的总功率，Be是电气带宽，p2f是负载接收的输出倍频载波的功率。
负载接收的输出加倍频率载波的功率由（见[14]）给出
， （2）
， （3）
， （4）
， （5）
其中〈pD〉是PD的平均输入光功率，rd是PD的响应度，Ro是PD的输出阻抗，RL是负载阻抗，PO是调制器的输入光功率，G是激光器与PD之间的总增益，J2 (x)是二阶贝塞尔函数，LA是光衰减器的损耗，LM是调制器的插入损耗，GE是EDFA的增益，LC是光耦合器的损耗，m是调制深度，Vpi;是调制器的半波电压，pf是输入载波的功率，RM是调制器的输入阻抗。
负载接收的总噪声功率是每种噪声功率的总和。 负载接收的每种噪声的功率由下式给出
， （6）
其中〈i2〉是噪声电流均方值。 在下文中，提供了每种噪声的当前均方值的表达式。
2.2.1信号自发节拍噪声和自发自发节拍噪声
为了将信号分配给许多终端，使用EDFA来放大两个一阶光学边带的功率。 因此除了两个放大的一阶光学边带之外还有ASE光。 来自EDFA的ASE光的光功率谱密度可表示为（见[16]）
， （7）
其中PASE是ASE光的光功率，BO是光学带宽，nf是噪声因子。
在通过PD检测平方律之后，产生信号自发节拍噪声和自发的自发节拍噪声。 根据[16]中的方法，当包括由DSB-CS调制产生的两个一阶光学边带时，信号自发拍频噪声和自发自发拍频噪声的噪声电流均方值可以是 推论如下。 激光输出端的电场是
， （8）
由DSB-CS调制产生的两个放大的一阶光学边带的电场可表示为
， （9）
由PD检测到的ASE光的电场由（见[16]）给出。
， （10）
PD输入端的总电场为
， （11）
PD产生的光电流是
， （12）
其中fo是光载波的频率，fi是输入载波的频率，Jl (x)是一阶贝塞尔函数，v是噪声电流的频率，phi;k是随机相位。
信号自发节拍噪声和自发无噪声噪声的噪声电流均方值可以从（8） - （12）导出
， （13）
， （14）
信号自发差拍噪声在0 lt;v lt;Bo / 2的频率范围内具有平坦的频谱，并且电带宽远小于光学带宽，因此信号自发的差拍噪声可以被视为高斯白噪声。自发自发差拍噪声在频率0 lt;v lt;Bo的范围内具有三角形形状频谱，因为其噪声电流均方值随着噪声电流的频率增加而减小。
2.2.2 RIN，散粒噪声和热噪声
RIN，散粒噪声和热噪声通常被视为电带宽中的高斯白噪声，它们的噪声电流均方值可表示为（见[17]）
， （15）
， （16）
， （17）
其中q是电子的电荷，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，R是电阻的电阻。
我们提供了理论模型来计算相位噪声基底和系统中引起的各种噪声。 在流动部分，我们设计了两个实验来验证理论模型，并比较各种噪声的影响程度。
3、实验和计算
3.1测量结果
表1给出了系统中使用的设备的参数。负载量设置为4.输出倍频载波的单边带噪声与载波比由信号源分析仪（Agilent E5052B）测量。首先，在激光器的RIN为-160 dB / Hz的情况下，我们改变光衰减器的损耗来调节调制器的输入光功率，并在平均输入光学条件下同时改变EDFA的增益。 PD的功率保持在3 dBm的常数。结果显示在图2中，并且在表2中分别示出了与载体不同频率偏移的一些典型值。其次，在调制器输入光功率为5 dBm，EDFA增益为21 dB的情况下，我们将激光器的RIN在平均输入光功率的条件下改为-160，-142和-130 dBc / Hz。 PD保持在3 dBm的常数。测量输出倍频载波的单边带噪声与载波比，如图3和表3所示。第三，当调制器的输入光功率为12 dBm，激光器的RIN为-160 dB / Hz时，我们改变了在系统中获得EDFA以调整PD的平均输入光功率。测量输出倍频载波的单边带噪声与载波比，如图4和表4所示。
表1配置参数
图2 实验I的测量结果
3.2计算结果与分析
ASE光的光功率与EDFA的增益成正比，如图5所示。可以测量在0.01nm光学带宽内的ASE光的光功率和由PD检测的ASE光的光功率谱密度。可以使用（7）计算并如表5所示。
计算实验I和II中的输出倍频载波的噪声功率谱密度和相位本底噪声，并分别示于表6和7中。
实验I和II中输出倍频载波超过1 MHz载波偏移的单边带噪声与载波比的计算结果为-140.3 -137.4，-134.5 dBc / Hz和136.5，-135.4，-132.6 dBc / Hz，分别。测量结果分别为-140.3 -138.6，-136.2dBc / Hz和-137.9，-135.8,130.8dBc / Hz。它们都绘制在图6（a）和（b）中。计算结果与测量结果基本一致，结果证实了理论模型的有效性。
从实验I的计算结果可以看出，如果系统中使用的激光的RIN足够低（-160dB / Hz），则相位噪声基底主要受信号 - 自发拍频噪声的影响。从实验II的计算结果可以看出，当激光的RIN增加时，RIN的影响变得与信号自发的差拍噪声一样重要。同时，热噪声很低，与实验装置的参数无关。只要EDFA的输入光功率大于-40 dBm，自发自发差拍噪声远小于信号自发差拍噪声[18]。由于PD的平均输入光功率受其饱和光功率的限制，其饱和光功率具有小于10mW的商用装置的典型值，因此散粒噪声的功率谱密度小于（16）的5times;10 -20 W / Hz。因此，相位噪声基底主要受信号自发拍频噪声和激光RIN的影响，这些噪声在各种噪声中占主导地位。
表2 实验I中与载波不同频率偏移的L（f）的典型值
图3实验II的测量结果
表3实验II中与载体不同频率偏移的L（f）的典型值
图4实验III的测量结果
当输出光功率增加时，激光器的RIN减小，并且在制造之后RIN的最小值固定。 因此，通过选择具有低RIN的激光器并增加链路设计中激光器的输出和光功率，可以最小化相位噪底。
当信号自发的差拍噪声在所有类型的噪声中占主导地位时，相位噪声基底可以表示为
， （18）
表4实验III中与载体不同频率偏移的L（f）的典型值
图5在EDFA的不同增益下PD的输入光信号的频谱。 （a）EDFA的增益等于17 dB; （b）EDFA的增益等于20 dB; （c）EDFA的增益等于21 dB; （d）EDFA的增益等于23 dB。
表5 PD检测到的ASE光的光功率谱密度
从（18）可以看出，尽管信号自发差拍噪声与EDFA的增益有关，但相位噪声基底与其没有直接关系。 当调制器的输入光功率保持恒定时，如果EDFA的增益增大，则ASE光的光功率谱密度和PD的平均输入
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[439912]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
