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本书在总结过去研究工作的基础上阐述毫米波技术的基础理论、生成方法及应用实践，为超高速、超宽带光载毫米波通信系统的应用提供小尺寸、高性能的毫米波信号源的研制理论和实验基础。本书从“基础理论—生成方法—应用实践”的角度，构建了超低相噪光生毫米波技术的研究架构。全书共分7章，第1、2章主要介绍光生毫米波技术的研究背景和意义，以及光生毫米波技术的理论基础。第3章介绍基于MZM-OFC生成毫米波的理论与实验研究。第4章介绍量子点锁模激光器的工作原理、发展和应用现状。第5章介绍基于量子点锁模激光器生成光频梳的理论与实验研究，重点研究基于量子点锁模激光器的光频梳生成技术，并分别通过实验对两种方案进行验证。第6章介绍基于量子点锁模激光器光频梳生成毫米波的实验研究。第7章在对相关方案的性能进行总结的同时，提出对后续研究的展望和建议。

目    录
第1章  绪论	1
1.1  光生毫米波技术简介	4
1.2  光生毫米波技术研究现状	5
1.2.1  双波长激光器直接调制法	5
1.2.2  光学外差法	8
1.2.3  外调制器法	11
1.2.4  四波混频法	14
1.2.5  光学频率梳法	19
1.3  本书主要观点	26
第2章  光生毫米波理论基础	27
2.1  光生毫米波原理	27
2.2  光学外差法	28
2.2.1  光注入锁定	28
2.2.2  光学锁相环	29
2.3  外调制器法	30
2.3.1  马赫·曾德尔调制器	30
2.3.2  光学相位调制器	35
2.3.3  光电振荡器	38
2.4  四波混频法	39
2.5  光学频率梳法	40
2.5.1  基础概念	40
2.5.2  光学频率梳的生成方法	42
2.6  毫米波性能分析	47
2.7  本章小结	49
第3章  基于MZM-OFC生成毫米波的理论与实验研究	50
3.1  MZM-OFC生成优化方案	51
3.1.1  典型MZM-OFC生成技术的工作原理	51
3.1.2  优化MZM-OFC生成技术的工作原理	52
3.1.3  仿真结果及对比分析	54
3.2  基于MZM-OFC生成毫米波的仿真实验	58
3.2.1  仿真系统	58
3.2.2  仿真结果及分析	59
3.3  基于MZM-OFC生成毫米波的测试实验	62
3.3.1  实验原理	62
3.3.2  实验装置	63
3.3.3  实验结果及分析	64
3.4  本章小结	66
第4章  量子点锁模激光器的理论与实验研究	67
4.1  量子点的理论基础	67
4.1.1  量子点的概念	67
4.1.2  量子点生成方法	70
4.1.3  量子点材料特性	71
4.2  量子点锁模激光器的研究与应用现状	73
4.2.1  量子点锁模激光器的研究现状	73
4.2.2  量子点锁模激光器的应用现状	76
4.3  量子点锁模激光器的工作原理及特性研究	79
4.3.1  量子点锁模激光器的工作原理	79
4.3.2  量子点锁模激光器的输出特性	81
4.4  量子点锁模激光器的实验研究	82
4.4.1  实验原理	82
4.4.2  实验装置	85
4.4.3  实验结果及分析	85
4.5  本章小结	98
第5章  基于量子点锁模激光器生成光频梳的理论与实验研究	99
5.1  基于量子点锁模激光器生成光频梳的理论基础	101
5.2  基于InAs/InP量子点锁模激光器生成光频梳的实验研究	102
5.2.1  实验原理	102
5.2.2  实验装置	103
5.2.3  实验结果及分析	105
5.3  基于GaAs/InP量子点锁模激光器生成光频梳的实验研究	111
5.3.1  实验原理	111
5.3.2  实验装置	112
5.3.3  实验结果及分析	113
5.4  本章小结	121
第6章  基于量子点锁模激光器光频梳生成毫米波的实验研究	122
6.1  基于InAs/InP量子点锁模激光器光频梳生成毫米波的实验研究	122
6.1.1  实验原理	122
6.1.2  实验装置	123
6.1.3  实验结果及讨论	124
6.2  基于GaAs/InP量子点锁模激光器光频梳生成毫米波的实验研究	132
6.2.1  实验原理	132
6.2.2  实验装置	133
6.2.3  实验结果及讨论	134
6.3  本章小结	140
第7章  总结与展望	141
参考文献	143

目前，光频梳生成技术主要有基于锁模激光器的光频梳生成法、基于电光调制器的光频梳生成法和基于高非线性光纤的光频梳生成法三种方法。伴随着半导体激光器技术的不断成熟，特别是量子点锁模激光器技术的发展，使基于量子点锁模激光器法生成高质量的光频梳成为可能。基于量子点锁模激光器生成的光频梳具有频率间隔固定、光谱相位锁定、光谱线宽窄等特点。基于电光调制器的光频梳生成法则是利用电光调制器生成频率间隔可调谐、光谱平坦度高的光频梳，这种方法简单实用。基于高非线性光纤的光频梳生成法则是利用高非线性光纤的非线性获得超宽带宽的光频梳。基于量子点锁模激光器的光频梳生成法和基于电光调制器的光频梳生成法优势互补，是本书研究的重点。
综合上述分析，为了能生成超低相位噪声、带宽可调的超高频率毫米波信号，本书首先对光生毫米波现有各类技术进行分析，比较各类技术的优势与不足，然后针对基于光学频率梳生成毫米波技术的基础理论和工作原理进行分析和讨论。通过比较分析，因光频梳在生成低相位噪声、带宽宽、高稳定性毫米波方面的显著技术优势，故我们重点研究基于量子点锁模激光器的光频梳生成毫米波技术和基于马赫·曾德尔调制器的光频梳生成毫米波技术。本书第3章重点针对基于马赫·曾德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator，MZM）生成光频梳技术进行研究，并提出了基于马赫·曾德尔调制器光频梳（MZM-OFC）的优化方案，可以利用两个RF驱动信号驱动MZM获得超平坦的光频梳，通过仿真实验验证优化方案，并与现有典型MZM-OFC方案进行性能比较，优化方案系统中所需的RF信号功率更低，生成的OFC带宽更宽、更平坦。此外，第3章还通过实验实现了基于优化的光频梳生成毫米波，并比较分析了该方法生成的毫米波性能。第4章介绍量子点锁模激光器的基础理论、工作原理、研究现状和应用等，并重点研究单片集成GaAs/InP和InAs/InP量子点锁模激光器，分析量子点锁模激光器优秀的电光特性、光谱特性。第5章则是在第4章的基础上，研究基于量子点锁模激光器的光频梳技术，并分别提出基于50GHz单片集成InAs/InP量子点锁模激光器的光频梳生成方案和基于70GHz单片集成GaAs/InP量子点锁模激光器的光频梳生成方案，分别通过实验生成了频率间隔为16.56GHz，24.84GHz，50GHz，23.3GHz，35GHz和70GHz的六种光频梳，并对这六种光频梳的特性进行分析和比较。基于前面的研究成果，在第6章分别提出基于50GHz单片集成InAs/InP量子点锁模激光器的光频梳生成毫米波方案和基于70GHz单片集成GaAs/InP量子点锁模激光器的光频梳生成毫米波方案，分别获得16.56GHz，33.12GHz，24.84GHz，49.68GHz，23.3GHz，35GHz和46.6GHz毫米波信号，并分析了这些频率的毫米波信号的-3dB带宽、最小边模抑制比、单边带相位噪声等频谱特性。综上所述，基于量子点锁模激光器结合马赫·曾德尔调制器的光频梳技术具有光谱线窄、稳定性高、频率间隔可调谐、超宽带宽等优势。因此，本书提出基于量子点锁模激光器光频梳生成毫米波方案生成的毫米波具有超低相噪、载波抑制比高、功率集中和频率灵活可调等优秀特性。
本书出版获得宁波财经学院经费资助，属于浙江省自然科学基金资助项目（LQ18F010008）研究成果之一。

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超低相噪毫米波信号的产生、分析及应用