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微波光电振荡器原理与设计

作译者：戴键等

出版时间：2023-07 千字数：365 版次：01-01 页数：228

开本：16开装帧： I S B N ：9787121460616

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纸质书定价：￥128.0

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目    录
第一部分  背景篇
第1章  微波光电振荡器发展背景	2
1.1  射频收发通道	3
1.1.1  电子接收	4
1.1.2  无线通信	5
1.1.3  雷达探测	6
1.2  传统微波振荡器	7
1.2.1  晶体振荡器	8
1.2.2  声表面波振荡器	9
1.2.3  介质振荡器	10
1.3  微波光电振荡器	13
1.3.1  光纤式微波光电振荡器	13
1.3.2  耦合式微波光电振荡器	15
1.3.3  集成小型化微波光电振荡器	17
1.4  微波光电振荡器应用领域	19
1.4.1  特殊信号的产生	19
1.4.2  电子信息系统	21
第二部分  基础篇
第2章  微波光电振荡器概述	24
2.1  微波振荡器基本概念	24
2.1.1  反馈式微波振荡器模型	24
2.1.2  相位噪声与频率稳定度	26
2.2  低相位噪声微波光电振荡器	29
2.2.1  Leeson模型	29
2.2.2  微波光电振荡器基本结构与原理	32
2.3  高品质光纤储能链路概述	34
2.3.1  调制解调原理	35
2.3.2  关键性能指标	37
2.4  高品质光学环形谐振腔概述	40
2.4.1  光学环形谐振腔传输模型	40
2.4.2  光学环形谐振腔特征参数	46
第3章  高品质光纤储能链路	49
3.1  光纤储能链路中的噪声源	49
3.1.1  白噪声	50
3.1.2  激光频率噪声与光纤色散	53
3.1.3  闪烁噪声	54
3.1.4  光电探测器AM-PM效应	56
3.1.5  光纤瑞利散射噪声	58
3.2  光纤储能链路非线性失真	60
3.2.1  远端相位噪声与近载频相位噪声	60
3.2.2  非线性谐波失真	64
3.3  光纤储能链路时延	65
3.3.1  光电振荡杂散模式	66
3.3.2  光电振荡频率漂移	67
第4章  高品质光学环形谐振腔	70
4.1  光纤环形谐振腔	70
4.1.1  光纤环形谐振腔概述	70
4.1.2  Q值影响因素	71
4.2  回音壁模式光学微腔	75
4.2.1  回音壁模式光学微腔简介	75
4.2.2  线性特性与应用	79
4.2.3  非线性效应与应用	84
4.3  光学环形谐振腔表征技术	90
第三部分  设计篇
第5章  光纤式微波光电振荡器	94
5.1  光纤式微波光电振荡器的理论模型	94
5.1.1  振荡阈值条件	95
5.1.2  振荡线性响应	96
5.1.3  振荡频率与幅度	97
5.1.4  振荡频谱特性	99
5.2  光纤式微波光电振荡器的相位噪声优化	100
5.2.1  光纤长度权衡设计	101
5.2.2  光电探测器参数的优化	102
5.2.3  光纤瑞利散射噪声的抑制	104
5.2.4  微波放大器的选型	106
5.2.5  其他优化方法	107
5.3  光纤式微波光电振荡器的杂散抑制	110
5.3.1  多环游标卡尺效应	110
5.3.2  高Q值微波光子滤波	112
5.3.3  注入锁定技术	113
5.3.4  宇称-时间对称技术	116
5.4  光纤式微波光电振荡器频率稳定度的提升	120
5.4.1  被动稳频技术	120
5.4.2  主动稳频技术	123
第6章  耦合式微波光电振荡器	126
6.1  光频梳与光分频	126
6.2  相干光频梳的产生	128
6.2.1  锁模基本原理	128
6.2.2  被动锁模技术	129
6.2.3  主动锁模技术	131
6.3  耦合式微波光电振荡器的发展历程	133
6.3.1  早期雏形与结构优化	133
6.3.2  光纤环形谐振腔的Q值增强	137
6.4  耦合式微波光电振荡器的相位噪声	140
6.4.1  相位噪声来源	140
6.4.2  相位噪声优化	142
6.5  耦合式微波光电振荡器的杂散抑制与频率稳定	147
6.5.1  超模杂散抑制	148
6.5.2  振荡频率稳定	152
第7章  小型化微波光电振荡器	156
7.1  片上集成微波光电振荡器	156
7.2  基于无源线性微腔的微波光电振荡器	163
7.2.1  微腔储能微波光电振荡器	163
7.2.2  压控调谐微波光电振荡器	166
7.3  基于微腔克尔孤子光频梳的集成微波信号产生	169
7.3.1  微腔克尔光频梳的产生	169
7.3.2  集成微波信号的产生	175
7.4  基于布里渊-克尔孤子光频梳的低相位噪声微波信号产生	179
7.4.1  布里渊-克尔孤子光频梳生成微波信号	180
7.4.2  单片F-P型光纤微腔集成微波光子飞轮振荡器	183
第8章  其他光生微波信号技术	187
8.1  基于传统光学外差法的微波信号生成	187
8.1.1  光学锁相环技术	189
8.1.2  光学注入锁定技术	191
8.1.3  双波长激光器技术	192
8.1.4  外部电光调制技术	194
8.2  基于光学分频的超低相位噪声微波产生	196
8.3  基于片上布里渊振荡的微波信号合成	201
8.4  基于电光分频锁相的低相位噪声微波信号合成	205
参考文献	208

前    言
高质量微波振荡器是现代电子信息系统的“心脏”，在无线通信、雷达探测、导航定位、电子对抗、仪器仪表、电子测量、航空航天和基础物理等众多领域都具有极其广泛的应用，对于经济、科技、国防和社会安全都有着非常重要的意义。随着无线通信和各种高频电子系统的快速发展，微波振荡器的工作频率和相位噪声性能面临着更高要求。相位噪声不仅影响了电子接收机的动态范围、选择性和宽带捷变频性能，还限制了强干扰环境下提取微弱有用信号的能力，极大地制约了现代通信系统的通信容量以及高性能雷达的探测灵敏度。
随着光子技术的飞速发展，光学储能元件在品质因数、工作频段和抗电磁干扰等方面都具有独特的技术优势，这也是新型微波光电振荡器产生高频段低相位噪声信号的本质基础。与传统微波信号的产生方法相比，微波光电振荡器作为一种新型信号发生器，能够产生可覆盖从数兆赫（MHz）到数百吉赫（GHz）范围的高频谱纯度微波信号，并且所产生信号的相位噪声与工作频段无关，是高频电子系统非常理想的信号发生装置。
常见的微波光电振荡器主要包括光纤式微波光电振荡器、耦合式微波光电振荡器和小型化微波光电振荡器三种类型，不同相位噪声水平和体积质量功耗特性的微波光电振荡器适用于不同载荷平台和应用场景。目前，国内外很少有专门针对微波光电振荡器主题的著作，编著者结合多年来的理论研究与应用实践，根据目前国内外发展现状和课题组研究经验编写成本书，全面凝练和总结了微波光电振荡器原理与设计的相关研究成果，希望能对从事低相位噪声微波光电振荡器的设计开发以及整机应用的科技工作者和高等院校师生有所帮助。
全书共8章，主要包括微波光电振荡器的发展背景（背景篇）、基本原理（基础篇）与系统设计（设计篇）三部分，分别对应书中第1章、第2～4章和第5～8章内容。第1章主要介绍微波光电振荡器的发展背景，阐释微波光电振荡器的研究意义、国内外研究现状和应用范围；第2章介绍微波光电振荡器的基本概念；第3章和第4章分别介绍高品质光纤储能链路与高品质光学环形谐振腔；第5章和第6章分别介绍光纤式微波光电振荡器和耦合式微波光电振荡器的设计要点，主要包括工作原理、相位噪声优化、杂散抑制和频率稳定等；第7章重点介绍小型化微波光电振荡器的设计要点；第8章介绍其他光生微波信号技术。
本书主要由北京邮电大学射频光子学研究组组织编写，并且得到中国电子科技集团公司第五十四研究所的大力支持。北京邮电大学射频光子学研究组长期从事低相位噪声光电振荡器等微波光子学领域的相关教学与科研工作，近年来主持和参与了多项国家级项目的基础研究和工程研制方面的工作，积累了一定的相关基础理论和应用研究经验。本书由北京邮电大学戴键副教授、徐坤教授、刘辉博士以及中国电子科技集团公司第五十四研究所刘安妮博士共同编著，硕士研究生李鑫敏、霍沙沙和李晓琼也参与了部分章节的撰写工作，硕士研究生刘祺参与了本书绘图整理工作，对他们的辛勤付出致以诚挚的谢意。
本书的出版得到了国家自然科学基金面上项目（61971065）的支持，在此对国家自然科学基金委员会表示衷心的感谢，同时感谢电子工业出版社对本书出版的大力支持。尽管编著者有多年从事微波光电振荡器领域的教学与科研工作经历，但受到编著者水平和时间精力的限制，书中难免存在不妥乃至错误之处，敬请广大读者不吝赐教和批评指正。

编著者
2022年8月于北京

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