973 CB315600 新型寬帶大動態(tài)毫米波器件及應用中的微波光子學基礎研究

1、項目名稱：新型寬帶大動態(tài)毫米波器件及應用中的微波光子學基礎研究首席科學家：鄭小平 清華大學起止年限：2012年1月-2016年8月依托部門：教育部一、研究內(nèi)容圍繞三個關鍵科學問題，對六項內(nèi)容展開研究：1.基于全光頻域信號變換的復雜寬帶毫米波信號的產(chǎn)生 （1）光頻梳新原理與新方法研究研究以較低頻率的微波調(diào)制信號通過電光調(diào)制變換產(chǎn)生寬帶光譜的新方法。研究激光器相位噪聲與微波信號的相互作用機理，揭示光源相位噪聲對輸出譜線相位影響的內(nèi)在規(guī)律；探索進一步增大輸出光譜可利用帶寬的新方法。（2）光學非線性光頻譜擴展與光頻梳穩(wěn)定的機制研究將基于非線性光學理論，研究多譜線光譜擴展與穩(wěn)定的方法。研究高功率密度的多

2、光頻分量在高非線性器件中的相互作用機理，揭示非線性過程對頻譜相位噪聲影響的內(nèi)在規(guī)律；研究高轉(zhuǎn)換效率的非線性光譜展寬技術和相關器件的實現(xiàn)方法；研究反饋控制回路特性、光腔穩(wěn)定方法等對頻譜噪聲、抖動等特性的影響，探索獲得高穩(wěn)定度帶寬光譜輸出的新方法。（3）全光頻域信號變換機制對光生毫米波信號保真度的作用研究研究全光頻域信號變換中的信號失真與混疊機理；研究空域光束分布及變換方式等對波形失真影響的機理。2. 光波相位控制機理與毫米波穩(wěn)相傳輸（1）毫米波光纖傳輸中相位噪聲的形成與演化過程研究研究光纖色散、非線性、偏振效應與毫米波相位噪聲之間的物理關聯(lián)性，揭示毫米波光纖傳輸中相位噪聲的形成與演化機理，為毫米

3、波傳輸相位噪聲的控制提供依據(jù)。（2）光纖傳輸?shù)臅r域非互易性規(guī)律及其對穩(wěn)相精度的影響研究探索基于時域非互易的光纖傳輸穩(wěn)相理論，研究非互易性控制方法。重點研究光纖相位擾動互易性與光纖物理參數(shù)之間的規(guī)律；研究高精度、大范圍的光波相位誤差檢測理論和方法，創(chuàng)建基于光波相位誤差檢測的光纖傳輸相位測量系統(tǒng)；探索新型的相位校正理論和方法。 （3）毫米波相位控制機制與毫米波光子移相器的研究光波相位與毫米波相位之間的相互作用和控制機制，研究基于光波相位控制的毫米波光子相位控制方法；研制相應的毫米波光子移相器。（4）相位誤差檢測機制與光波、毫米波鑒相器的研究研究毫米波鑒相精度與非線性混頻效率和激光相位噪聲之間的物理

4、關聯(lián)性，研究基于光學非線性效應的毫米波相位誤差檢測機制；研制高精度的毫米波光子鑒相器。3.光-毫米波頻譜轉(zhuǎn)換理論與寬帶毫米波的動態(tài)可重構(gòu)信號處理（1）光載毫米波信道化濾波器的原理與方法研究PS-FBG的結(jié)構(gòu)、提高PS-FBG通帶和截止帶之間過渡帶斜率的工藝。面向頻率覆蓋至300GHz及以上頻段，研究增強PS-FBG透過譜帶寬的理論與工藝。研究基于上述成果的平面波導結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方法。（2）突破高Q、可重構(gòu)矛盾的毫米波光子濾波器的新原理與新方法研究光子IIR濾波器的可調(diào)諧性與可重構(gòu)性；研究IIR濾波器串聯(lián)時相干串擾消除的理論與方法；研究擴展自由譜區(qū)的理論與方法。（3）基于動態(tài)可重構(gòu)毫米波濾波器的鏈路

5、色散補償原理與方法研究光子器件色散對毫米波性能的影響規(guī)律，研究濾波器光波-毫米波的色散關系模型；研究利用濾波器動態(tài)特性進行色散補償?shù)臋C制與方法。（4）寬帶毫米波光子器件非線性補償原理與方法研究利用濾波器動態(tài)特性進行非線性失真控制的機制與方法；探索新的物理思路與頻譜控制方式，研究對毫米波進行色散與非線性共同補償?shù)脑砼c方法。4.超寬帶光頻譜延時機理與毫米波全光真延時器件（1）光域頻譜隔離和延時調(diào)控機理研究研究光域隔離不同功能毫米波光子器件的原理；研究基于光譜隔離的寬帶光譜調(diào)諧原理與方法；研究支持毫米波光子器件功能集成的、基于色散的寬譜信號真延時調(diào)控機制與實現(xiàn)方法。（2）光子器件的色散對毫米波真延

6、時的影響研究研究光譜調(diào)諧過程中毫米波光信號的轉(zhuǎn)換規(guī)律，研究寬光譜毫米波信號經(jīng)過色散光器件后延時隨毫米波頻率的變化規(guī)律；研究消除高階色散影響的機理與改善延時頻率平坦度的方法。（3）毫米波光子延時器延時精度改善的物理機制研究研究光子色散器件（光纖光柵、光子晶體光纖、光學諧振環(huán)）的色散特性與時延抖動產(chǎn)生、演變和抑制機理；研究降低噪聲的光譜優(yōu)化方法；研究新型的光真時延材料與結(jié)構(gòu)，研究其品質(zhì)因數(shù)、阻帶寬度及不同調(diào)制格式等多種因素對時延抖動的影響，研究器件多種參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化的策略與方法，實現(xiàn)高精度、可控性強的毫米波延時器。5.光-毫米波信號大動態(tài)范圍轉(zhuǎn)換機理與器件（1）光電噪聲的演化規(guī)律、壓縮方法及其對鏈路

7、最小可探測功率的物理制約研究研究光毫米波鏈路各種光電噪聲產(chǎn)生與演化過程中的統(tǒng)計規(guī)律，探索噪聲對鏈路最小可探測功率的物理制約機理，探討在上變頻過程中通過光頻譜設計降低相對光強度噪聲的方法；在下變頻過程中，研究基于相干平衡檢測的噪聲壓縮模型，提高雙輸出差模信號、降低光強度噪聲共模信號；研究基于數(shù)字信號處理的新型相位噪聲補償機制。研究基于光電循環(huán)振蕩的模式選擇和放大機理，探索微弱毫米波信號諧振放大的新方法。（2）毫米波信號高線性度上變頻機理研究研究變頻過程中非線性失真（諧波失真、交調(diào)失真、交叉調(diào)制失真）產(chǎn)生機理，及其對鏈路無失真最大可探測功率的物理制約；探索通過優(yōu)化調(diào)制器的驅(qū)動條件和參數(shù)設置提高線性

8、度及抑制非線性失真的方法；探索預失真補償和低偏置、雙平行調(diào)制器等新方法、新結(jié)構(gòu)在上變頻過程中的應用；探索滿足各種應用需求的光譜結(jié)構(gòu)生成方法；研制高線性度的上變頻子系統(tǒng)。（3）光毫米波信號高靈敏度下變頻機制研究 研究適合光毫米波鏈路的高靈敏度相干下變頻方法；建立包含光纖鏈路的各種因素（包括相位噪聲、色散和PMD效應、損耗、非線性效應等）和無線鏈路中各種因素（陰影效應、遠近效應、多徑效應、多普勒效應等）的光毫米波鏈路理論模型；研究各種損傷與相位噪聲補償?shù)臄?shù)字信號處理機理與算法；發(fā)展光毫米波體制下的相干檢測器件及下變頻子系統(tǒng)；研制高靈敏度的下變頻子系統(tǒng)。（4）支撐大動態(tài)毫米波-光波上下變頻的高性能光

9、子器件研究探索基于低維結(jié)構(gòu)改性的半導體電光系數(shù)增強新方法；面向高光功率條件下的載流子產(chǎn)生與輸運調(diào)控，研究探測材料能帶結(jié)構(gòu)的設計方法；研究基于材料和器件結(jié)構(gòu)協(xié)同的光波與毫米波模場優(yōu)化、傳播速度匹配設計，探索高飽和光功率調(diào)制器和探測器的擴展腔新結(jié)構(gòu)與關鍵工藝；研究相應的模塊封裝技術與性能評測方法。6. 低噪聲寬調(diào)諧毫米波光電混合振蕩機理與器件（1）極低相位噪聲毫米波光電混合振蕩器(OEO)原理研究研究OEO系統(tǒng)的相位噪聲模型，并分析各種因素與相位噪聲的關系，給出OEO輸出信號相位噪聲逼近量子極限的條件；研究各種注入鎖定結(jié)構(gòu)的OEO系統(tǒng)，比較各種具有極高Q值的諧振腔結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)極低相位噪聲的OEO；研

10、究光電互注入鎖定的OEO原理和實現(xiàn)方法；研究高功率、極窄線寬（10Hz以下）的注入鎖模激光器，降低其相對強度噪聲，從而降低OEO的相位噪聲。（2）OEO毫米波振蕩器寬調(diào)諧原理和高頻率穩(wěn)定性實現(xiàn)方法研究研究利用光學方法實現(xiàn)OEO在30300GHz范圍內(nèi)調(diào)諧的原理和可行性；研究OEO毫米波振蕩器輸出頻率的高穩(wěn)定性原理和方法。（3）集成化光電混合振蕩器的理論與結(jié)構(gòu)研究研究基于硅基高Q諧振腔的集成化OEO原理和實現(xiàn)方法。二、預期目標(一)總體目標面向我國電子對抗、雷達系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感、寬帶無線通信及天文探測等毫米波應用領域發(fā)展的重大需求，研究光子噪聲與非線性動力學規(guī)律及其對毫米波光子器件寬調(diào)諧、低噪聲、

11、高線性的作用，研究光波與毫米波的譜映射機制對毫米波信號高精度光子處理的作用，研究光頻譜級聯(lián)機制、非需物理效應演化與調(diào)控對毫米波光子功能集成的作用；攻克寬帶復雜毫米波波形的產(chǎn)生、長距離穩(wěn)相傳輸、高Q動態(tài)可重構(gòu)預處理、高精度真延時、大動態(tài)光電轉(zhuǎn)換中的關鍵技術，解決我國毫米波系統(tǒng)向?qū)拵?、大動態(tài)范圍和大區(qū)域分配發(fā)展過程中的基礎科學問題、核心技術與關鍵器件，使現(xiàn)有毫米波子系統(tǒng)的帶寬-動態(tài)范圍積有3個數(shù)量級的提升，為滿足我國未來1015年甚至更長時期國防軍事、衛(wèi)星遙感、寬帶通信及深空探測等領域?qū)撩撞ㄏ到y(tǒng)的應用需求奠定堅實基礎。（二）五年預期目標（1）在下列重要前沿領域取得有國際影響力的創(chuàng)新研究成果：1

12、逼近量子噪聲極限的光生毫米波原理與方法；2 噪聲環(huán)境下，微弱毫米波信號變頻機理與方法；3 毫米波信號高Q 可重構(gòu)光處理理論與方法；4 長距離、低相位噪聲的毫米波光纖傳輸理論與方法。（2）在上述研究成果指導下取得國際同期先進水平的器件與技術成果：1 頻率覆蓋范圍不低于300GHz、波形保真度較現(xiàn)有的提高1個數(shù)量級的毫米波復雜波形產(chǎn)生器；2 實現(xiàn)相位抖動小于信號周期1%的毫米波穩(wěn)相傳輸：頻率30-100GHz，光纖傳輸距離大于50km；頻率100-300G，光纖傳輸距離大于20km；3 Q值優(yōu)于4000、可重構(gòu)的毫米波濾波器；4 頻率覆蓋范圍30GHz-300GHz、延時精度優(yōu)于±1ps

13、的寬頻譜全光毫米波真延時器；5 信號帶寬10GHz，動態(tài)范圍從100dB/Hz-2/3提升到130dB/Hz-2/3的光載毫米波變頻器；6 30GHz-300GHz大范圍可調(diào)的毫米波源，相位噪聲優(yōu)于-165dBc/Hz10kHz；7 半波電壓小于3V、帶寬不低于40 GHz的光調(diào)制器；帶寬不低于100 GHz、飽和光電流不低于10 mA的高飽和功率光探測器；（3）在上述成果的支持下，選擇對雷達或空天探測具有重要應用意義的頻段，構(gòu)建毫米波接收前端子系統(tǒng)試驗平臺，主要指標如下：W頻段、信號帶寬大于10GHz、無失真動態(tài)范圍大于120dB/Hz-2/3，其帶寬-動態(tài)范圍積較現(xiàn)有系統(tǒng)有3個數(shù)量級的提升

14、。該平臺可為下一代軍事雷達、衛(wèi)星遙感及深空探測毫米波系統(tǒng)的研發(fā)提供支撐。（4）知識產(chǎn)權(quán)：在國內(nèi)外核心刊物及重要國際會議發(fā)表論文300篇以上，其中SCI收錄論文150篇以上。申請或授權(quán)國家發(fā)明專利20項以上。（5）人才培養(yǎng)：培養(yǎng)學術骨干10人、博士研究生培養(yǎng)40人、碩士研究生60人；爭取培養(yǎng)23名國家杰出青年基金等國家人才計劃獲得者。三、研究方案(一) 總體研究思路本項目以寬帶毫米波器件與系統(tǒng)中的微波光子學基礎研究為中心，牢牢抓住三個關鍵科學問題，對復雜波形的產(chǎn)生、長距離穩(wěn)相傳輸、可重構(gòu)信號處理、高精度延時、大動態(tài)范圍轉(zhuǎn)換及低噪聲振蕩器關鍵器件與子系統(tǒng)進行研究，最終建立帶寬-動態(tài)范圍積較現(xiàn)有提升

15、3個數(shù)量級的毫米波光子產(chǎn)生、傳輸、處理與控制的實驗平臺。(二) 技術路線1.復雜波形產(chǎn)生基于較低頻微波信號的電光調(diào)制，研究寬帶多譜線光譜的生成方法。通過理論分析，探明調(diào)制前的時域波形與調(diào)制后輸出光譜的時頻映射關系，以及輸出光譜相位、譜線頻率影響的物理機理，探索有效降低輸出光譜相位噪聲和減小譜線頻移，增大輸出光譜帶寬的可行方案。采用非線性光學過程進行光譜擴展，以解決高譜寬的多譜線光信號的產(chǎn)生問題。將利用基于納米非線性材料波導中的光學非線性作用機理與過程，優(yōu)化微納波導結(jié)構(gòu)的模式特性進行色散等效應的調(diào)控，從物理機理上解決實現(xiàn)高效、低噪聲的寬頻譜光源方面的相關關鍵物理問題和非線性展寬機理問題。應用光學

16、理論，充分考慮寬譜光信號的時域色散、空間散焦、頻域分離等高階效應的影響，對實現(xiàn)寬譜全光波形變換的理論進行分析，揭示其中的不理想性因素對波形失真效應的影響規(guī)律。通過引入衍射光學元件等進行光束波前變換，將傳統(tǒng)的高斯光束變換為光強包絡調(diào)制優(yōu)化的光束形式，同時研究寬譜光信號經(jīng)過該類變換器件后的色散、色差等問題，為獲得具有更大時域窗口的低失真復雜毫米波信號探索有效的解決途徑。2.毫米波長距離穩(wěn)相傳輸結(jié)合理論仿真，研究環(huán)境溫度、壓力、彎曲以及光纖非線性效應等因素對光纖延遲的影響，分析光纖延遲與上述因素之間的物理關聯(lián)性，分析光纖延遲在信號往返時間內(nèi)的變化情況，評估返相位校正的理論精度（或固有誤差），完成穩(wěn)相

17、傳輸系統(tǒng)總體方案設計。對于高精度的光波相位誤差檢測，采用偏振分集相干混頻方式，克服偏振敏感問題；采用外差混頻、差分檢測方法，抑制光載波相位和幅度噪聲，提高相位檢測精度；采用數(shù)字相位檢測方法，擴展相位檢測的范圍，實現(xiàn)多個2p范圍的相位檢測。對于快速、高精度、大線性范圍毫米波相位的控制，重點研究光波相位與毫米波相位的互相轉(zhuǎn)換機理和光波相位的控制機制。采用改變兩光載波之間相位差實現(xiàn)毫米波的相位控制，并在解決光鎖相的偏振正交光載波生成方法基礎上，研制出頻率范圍30G300G、線性移相范圍360o，移相速度小于1ns、移相誤差小于±2o的毫米波光子移相器。采用基于半導體光放大器（SOA）四波混

18、頻（FWM）效應的非線性混頻方法實現(xiàn)毫米波鑒相。將研究FWM效率與SOA交叉增益調(diào)制（XGM）之間的物理關聯(lián)性，提出基于XGM控制的提升非線性混頻效率的思路，實現(xiàn)高效率、高精度的毫米波鑒相。3. 可重構(gòu)毫米波信號處理通過對科學問題的研究，獲得毫米波信號處理與光頻譜結(jié)構(gòu)、光頻譜處理策略之間的關系與規(guī)律；基于這些成果，構(gòu)造光載毫米波頻譜，并對之實施相應的幅度、相位、延時等處理；最終，實現(xiàn)N個系數(shù)可調(diào)的N階無限沖擊相應函數(shù)，由此解決高Q和可重構(gòu)難以同時實現(xiàn)的問題。高Q動態(tài)可調(diào)可重構(gòu)濾波器將由三個功能組成：色散、非線性補償功能，第一級濾波和第二級濾波。第一級濾波和第二節(jié)濾波的通帶中心頻差決定了濾波器的

19、最小帶寬，最大的自由譜寬決定了濾波器的調(diào)諧范圍，它們的級聯(lián)構(gòu)成高Q動態(tài)可調(diào)濾波器的主體。第一級和第二級濾波器將采用高性能的IIR，為進一步提高Q值、擴展濾波器可調(diào)諧范圍，將研究濾波器自由譜區(qū)動態(tài)可擴展的原理與方法。4.面向光子功能集成的全光真延時器件采用波長變換來實現(xiàn)光域信號的光譜隔離與調(diào)諧。將建立寬帶毫米波的全光波長變換理論分析模型，分析波長變換過程中毫米波信號的輸入和輸出轉(zhuǎn)換關系；為提高波長轉(zhuǎn)換效率，將研制基于微納結(jié)構(gòu)的高非線性光學介質(zhì)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)緊湊、高集成度的光譜隔離模塊。對于色散器件，將研究光纖光柵、光子晶體光纖、光學諧振環(huán)等器件在30300GHz頻帶內(nèi)作為毫米波延時光子器件的適應性，

20、研究延時抖動、偏振模色散等對延時精度的影響。將研究均勻光纖光柵、線性/非線性啁啾光柵混合的新結(jié)構(gòu)與器件模式改善延時精度的理論與方法?，F(xiàn)有的基礎表明，這種結(jié)構(gòu)具有改善延時精度的可能性。為此本項目將研究其品質(zhì)因數(shù)、阻帶寬度及不同調(diào)制格式等多種因素對時延抖動的影響，以及反射帶寬、反射率、變跡特性等參數(shù)的特性，通過各種參數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化減小時延抖動的影響，以實現(xiàn)高精度、可控性強的毫米波光真延時。5. 光-毫米波信號大動態(tài)范圍轉(zhuǎn)換光-毫米波信號大動態(tài)范圍轉(zhuǎn)換涉及到的關鍵器件為低半波電壓的調(diào)制器和大飽和功率的光電探測器。本項目將結(jié)合長期高速光電子器件的研究基礎，通過創(chuàng)新材料設計、器件結(jié)構(gòu)機理、制作工藝和封裝實

21、現(xiàn)，對這兩種器件進行研制，并對器件進行大動態(tài)范圍提升的應用理論與技術研究：上變頻過程的難點在于不僅要抑制非線性失真，而且要保證轉(zhuǎn)換效率和信號的傳輸性能和轉(zhuǎn)換效率。本課題擬采用基于雙平衡MZ調(diào)制器的上變頻結(jié)構(gòu)，在振幅匹配的條件下，通過優(yōu)化驅(qū)動條件和參數(shù)配置控制交調(diào)干擾的相位，抵消信號的高階（尤其是三階）交調(diào)干擾；針對交叉調(diào)制失真，擬采用信道化技術進行預失真處理或后補償處理的方法，通過提取鏈路信息不斷修正，實現(xiàn)對交叉調(diào)制失真的有效抑制。在下變頻方面：擬采用零差相干檢測方式對信號進行低噪聲放大，提高接收機靈敏度，并實現(xiàn)光毫米波信號直接下變頻到基帶信號。研究提高相干檢測光毫米波鏈路性能的機理和方法，發(fā)

22、展光毫米波體制下的相干檢測器件及關鍵單元技術，包括：高穩(wěn)定性相干光源、平衡接收、偏振分集和相位分集等。噪聲壓縮機制與方法方面：將根據(jù)噪聲統(tǒng)計理論，研究噪聲在光毫米波鏈路中的演化規(guī)律，為噪聲壓縮提供指導。散彈噪聲和相對光強度噪聲是噪聲壓縮的重點，擬在接收端采用雙輸出MZM平衡探測器，通過差模輸出抑制共模噪聲。6. 低噪聲寬調(diào)諧毫米波器毫米波光電混合振蕩器 (OEO)由高功率鎖模激光器做為光源，激光器輸出的飛秒脈沖信號經(jīng)過光纖環(huán)路時延，以獲得產(chǎn)生低噪聲高質(zhì)量信號所需的高品質(zhì)因數(shù)（Q值），光電探測器將脈沖光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖筮M入濾波、放大，最后反饋給激光器內(nèi)部的鎖模調(diào)制器件。在此過程中會存在不同頻

23、率的噪聲擾動，循環(huán)經(jīng)過射頻濾波器選出希望起振的頻率，并用來反饋調(diào)制激光器。環(huán)路中的射頻放大器提供增益補償毫米波信號環(huán)路損耗。解決在高頻偏和低頻偏范圍內(nèi)同時降低相位噪聲與寬調(diào)諧、小尺寸要求之間的矛盾，需提高Q值。本項目的研究思路是利用具有分形特征的諧振腔，由于模式耦合、游標效應（Vernier caliper effect）等的作用，極大地抑制副振蕩模式，實現(xiàn)極高的信號純度，同時還可維持較短的腔長，以利于減小尺寸和提高穩(wěn)定性。還將研究利用電注入鎖定或光電互注入鎖定的OEO結(jié)構(gòu)進一步抑制相位噪聲，實現(xiàn)30300GHz寬調(diào)諧。為進一步降低毫米波光電振蕩器的噪聲，需要抑制激光器的相對強度噪聲、射頻放大

24、器噪聲和環(huán)境噪聲等。本項目將采用以鉺鐿共摻的磷酸鹽玻璃為增益介質(zhì)的線型腔飛秒激光器，可實現(xiàn)大功率、窄線寬（10Hz以下）的光頻梳，經(jīng)過光電檢測器（PD）進行拍頻即可得到頻率為光頻梳頻率間隔的毫米波信號。大功率光輸出可以降低光纖鏈路的損耗。同時引入強度噪聲和相位噪聲抑制技術，使此激光器實現(xiàn)接近散彈噪聲極限的性能。另外利用光頻梳穩(wěn)頻技術實現(xiàn)激光器長期穩(wěn)定性。對于影響OEO相位噪聲的其它因素如光纖環(huán)路時延、微波放大器噪聲系數(shù)、環(huán)境溫度/振動因素等，我們將建立系統(tǒng)理論模型，研究降低其影響的方法。綜合上述關于噪聲的研究思路，實現(xiàn)逼近量子噪聲極限的OEO毫米波信號輸出。OEO的寬調(diào)諧能力將通過調(diào)節(jié)飛秒激光

25、器的腔長來實現(xiàn)輸出光梳頻率間隔的改變，同時結(jié)合光學選模原理實現(xiàn)。采用線性腔結(jié)構(gòu)的飛秒激光器所產(chǎn)生光頻梳信號的頻率間隔是由激光器的有效腔長所決定，控制腔長可實現(xiàn)毫米波信號的小范圍連續(xù)調(diào)諧；對光頻梳信號進行模式選擇后進入PD拍頻，可實現(xiàn)毫米波信號的大范圍離散調(diào)諧；綜合腔長控制與模式選擇可實現(xiàn)毫米波信號的大范圍連續(xù)調(diào)諧。7. 試驗平臺利用本立項所獲得的理論成果和實驗成果，輔以已有的研究基礎條件，選擇對雷達或空天探測具有重要應用意義的頻段，構(gòu)建毫米波接收前端子系統(tǒng)演示平臺。其主要技術指標如下：頻段：W頻段(75-100GHz)；信號帶寬：10GHz；無失真動態(tài)范圍：120dB/Hz-2/3；光纖傳輸：

26、20km；(三)可行性分析（1）本項目方案建立在項目組已有理論成果、關鍵技術突破的基礎上。這些突破是本立項方案原理可行的基礎與保障。毫米波光頻譜處理理論是微波光子學復雜信號產(chǎn)生、預處理等方面的關鍵科學問題，項目組在這方面已取得突破，主要成果包括：1 發(fā)展出對光載毫米波頻譜進行處理、進而實現(xiàn)對毫米波信號進行處理的思想與方法，證明了對光頻譜振幅、相位進行處理可實現(xiàn)如下的功能：毫米波矢量信號的產(chǎn)生，MZ調(diào)制器非線性的抑制，光纖色散的補償，寬頻段無線信號的全光復用、解調(diào)。2 揭示了光載毫米波頻譜非對稱性對毫米波信號質(zhì)量的影響在于多徑干擾對其幅度、相位抖動的放大。3 揭示了光譜形狀優(yōu)化對光子色散系統(tǒng)提高

27、毫米波信噪比的重要性。在相位穩(wěn)定傳輸方面，項目組提出了基于光電鎖相技術的微波信號相位穩(wěn)定光纖傳輸，實現(xiàn)了10GHz信號、傳輸后抖動小于1ps的50公里穩(wěn)相傳輸。在毫米波真延時方面，項目組研制出了 4 路5 比特基于寬譜光源與光子晶體光纖的OBFN 樣機，延時范圍0-1.5ns，工作頻率從9.25 到10.25GHz，各路傳輸線的微波信號幅值偏差不大于0.5 dB，無失真動態(tài)范圍高達105dB/Hz-2/3；在下變頻方面，實現(xiàn)了基于平衡混頻式偏振分集的相干光混頻技術。（2）項目組所擁有的人才梯隊與科研條件為本項目完成提供了研究環(huán)境與人員保障項目的參與單位為清華大學“清華信息科學與技術國家實驗室(

28、籌)”、北京大學“區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室”、北京郵電大學“光通信和光波技術國家重點實驗室(籌)”、上海交通大學“區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室”、北京航空航天大學“國家航空實驗室(籌)”。這些科研單位都是國內(nèi)長期從事光電子、微波以及微波光子學研究的科研基地，有著深厚的科研基礎積累與技術力量儲備。難得可貴的是，這些科研基地有著長期的合作歷史，各基地在通力合作中展現(xiàn)的相互促進、彼此支持的高尚風范為項目的順利實施創(chuàng)造了和諧氛圍。 該項目的科研團隊擁有微波、光電子兩大領域高水平的學術帶頭人與科技骨干力量，背景包括軍事通信、衛(wèi)星遙感、寬帶光纖通信網(wǎng)、集成光子器件，科研

29、力量強大，人才梯隊結(jié)構(gòu)合理。而且該團隊思想活躍，業(yè)績突出，在基礎理論研究、關鍵技術的攻關與項目組織管理方面都擁有豐富的成功經(jīng)驗。這一雄厚的科研條件與人才隊伍，為項目的創(chuàng)新與順利實施在人才力量上做好了準備。（3）項目組前期從事的基礎研究活動、項目實施、論文發(fā)表等經(jīng)驗積累為項目完成提供了經(jīng)驗與物質(zhì)基礎。本項目的研究有前期研究工作基礎和積累，擁有大量基礎支持本項目的研究。以下為部分代表性的發(fā)表（錄用）在國內(nèi)外期刊上的以及被頂級國際會議錄用的論文。（1）毫米波的全光產(chǎn)生1. Peiming Shi, Song Yu(喻松), Zekun Li, Yaojun Qiao, Wanyi Gu(顧畹儀),

30、A frequency sextupling scheme for high-quality optical millimeter-wave signal generation without optical filter, Optical Fiber Technology, Revised and accepted.2. Ying Zhao , Xiaoping Zheng , Hanyi Zhang, and Bingkun Zhou, “UWB-over-Fiber Transmission System Using a Dual-output Mach-Zehnder Modulato

31、r”, Chinese Optics Letters, 8 (5): 454-456, 2010.3. Peiming Shi, Song Yu(喻松), Zekun Li, Jien Song, Jing Shen, Yaojun Qiao, Wanyi Gu(顧畹儀), A novel frequency sextupling scheme for optical mm-wave generation utilizing an integrated dual-parallel Mach-Zehnder modulator, Optics Communications, 283(19): 3

32、667-3672, 20104. Zhao Ying, Zheng Xiaoping, Wen He, Zhang Hanyi, Simplified optical millimeter-wave generation configuration by frequency quadrupling using two cascaded Mach-Zehnder modulators, Optics Letters, 34(21): 3250-3252, 20095. Zhao Ying, Zheng Xiaoping, Wen He, Zhang Hanyi, Optical millimet

33、er-wave signal generation by frequency quadrupling using two cascaded Mach-Zehnder Modulators, 2009 IEEE LEOS Annual Meeting Conference, LEOS '09, pp 513-514, 20096. Li Shangyuan, Zheng Xiaoping, Zhang Hanyi, Zhou Bingkun, Generation and modulation of 2.5Gbps ultra-wideband monocycle pulses from

34、 non-return-to-zero data,CLEO/Pacific Rim 20097. Li Shangyuan; Song Yiqiao; Zheng Xiaoping; Zhang Hanyi; Zhou Bingkun ，All-optical subcarrier phase modulation for WDM radio-over-fiber system，Conference on Quantum Electronics and Laser Science Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO/QELS, p4552

35、257， 20088. Cheng Zhang, Cheng Hong, Mingjin Li, Weiwei Hu, Zhangyuan Chen, “60 GHz millimeter- wave generation by two-mode injection-locked Fabry-Perot laser using second-order sideband injection in radio-over-fiber system,” CLEO/QELS 2008, Paper JWA999. Huan Jiang, He Wen, Xiaoping Zheng, Hanyi Zh

36、ang, Yili Guo, Millimeter-wave frequency multiplication scheme utilizing optical four-wave mixing without notch filter, in Proc. IEEE/OSA OFC, No. JThA74, 200810. Cheng Hong, Mingjin Li, Cheng Zhang, Weiwei Hu, Zhangyuan Chen, Anshi Xu,“Millimeter-wave frequency tripling based on four-wave mixing in

37、 sideband injection locking DFB lasers,” International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT) , vol.2 (2008) , page 876 87711. Huan Jiang, He Wen, Xiaoping Zheng, Zhigang Liu, Kai Wang, Hanyi Zhang, Yili Guo, Improved optical single-sideband generation using the self-modulati

38、on birefringence difference in semiconductor optical amplifiers, Optics Lett., 32(17): 2580-2582, 200712. Yu XB, Zheng XP, Zhang HY，Polarization state rotation filter for optical generation of continuously tunable millimeter-wave signal employing an external intensity modulator，OPTICAL FIBER TECHNOL

39、OGY 13 (1): 56-61 JAN 200713. Yu XB, Zhang HY, Zheng XP, High carrier suppression double sideband modulation using polarization state rotation filter and optical external modulator, OPTICS COMMUNICATIONS 267 (1): 83-87, 2006（2）毫米波光移相1. Lumin Zhang, Le Chang, Yi Dong（董毅）, Weilin Xie, Hao He, Weisheng

40、 Hu（胡衛(wèi)生）, “Phase drift cancellation of remote radio frequency transfer using opto-electronic delay locked-loop” , Optics Letters 36 (6): 873875, 03/15/2011 2. Li ZH（李朝暉）, Yu CY, Dong Y（董毅）, Cheng LH, Lui LFK, Lu C, Lau APT, Tam HY, Wai PKA , “Linear photonic radio frequency phase shifter using a dif

41、ferential-group-delay element and an optical phase modulator”, Optics Letters, 35 (11): 1881-1883 JUN 1 20103. Han Chen, Yi Dong（董毅）, Hao He（何浩）, Weisheng Hu（胡衛(wèi)生）, and Lemin Li（李樂民）,"Photonic radio-frequency phase shifter based on polarization interference" Optics Letters 34 (15):2375-2377

42、, 20094. Han Chen, Yi Dong（董毅）, Hao He（何浩）, Weisheng Hu（胡衛(wèi)生）, Lemin Li（李樂民） , “A novel linear photonic RF phase shifter base on polarization controller” 35th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2009), 20-24 September, 2009, P3.10 5. Lilin Yi（義理林）, Yves Jaouen, Weisheng

43、Hu（胡衛(wèi)生）, Yikai Su（蘇翼凱） and Sébastien Bigo, “Improved slow-light performance of 10 Gb/s NRZ, PSBT and DPSK signals in fiber broadband SBS,” Optics Express，vol. 15, no. 25, pp. 16972-16979, Dec. 2007. 6. Dong, Y（董毅）; He, H（何浩）; Hu, WS（胡衛(wèi)生）; Li, ZH（李朝輝）; Wang, QJ; Kuang, W; Cheng, TH; Wen, YJ; Wan

44、g, YX; Lu, C. “Photonic microwave phase shifter/modulator based on a nonlinear optical loop mirror incorporating a Mach-Zehnder interferometer”, Optics Letters 32 (7): 745-747, 20077. Dong, Y（董毅）; Li, ZH（李朝輝）; Tian, XQ; Wang, QJ; He, H（何浩）; Lu, C; Wang, YX; Hu, WS（胡衛(wèi)生）; Cheng, TH. “Optical fiber pol

45、arization interferometer for performance improvement in radio-over-fiber systems”, IEEE Photonics Technology Letters 19 (16): 1236-1238, 20078. Zhaohui Li（李朝輝）, Yi Dong（董毅）, Yang Jing Wen, Yixin Wang, Tee Hiang Cheng, Chao Lu, Weisheng Hu（胡衛(wèi)生） “Realization of RF Phase Shift on Amplitude Modulated Da

46、ta for Smart Antenna in Wireless Access Networks” Optical Fiber Communication Conference, and the National Fiber Optic Engineers Conference (OFC 2007), 5-10 March 20079. Y. Dong（董毅）, Z. H. Li（李朝輝）, Q. J. Wang, C. Lu , Y. J. Wen, Y. X. Wang, T. H. Cheng, W. S. Hu（胡衛(wèi)生（ “ Broad-band RF Photonic Phase M

47、odulator Based on a Novel Nonlinear Optical Loop Mirror” Proceedings of ECOC2006，Mo4.4.210. Lilin Yi（義理林）, Li Zhan（張黎）, Weisheng Hu（胡衛(wèi)生）, Peigang Hu, Yikai Su（蘇翼凱）, and Lufeng Leng, “A Highly Stable Low-RIN Hybrid Brillouin-Erbium Amplified Laser Source,” IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 18, no. 9,

48、pp.1028-1030, May 2006.（3）濾波器1. Dandan Wu, Weiwei Hu, and Zhangyuan Chen, “A Scheme of Microwave Photonic Filter Based on Hi-Bi Fiber”, PIERS2009, Beijing, China, March 2327, 2009.2. Hanhong Gao, Jinxuan Wu, Zhao Tu, Cheng Zhang, Dandan Wu, Weiwei Hu, Zhangyuan Chen，“A Scheme of Photonic Notch Filte

49、r Using DGD Method for Radio-over-Fiber Communication Systems”, PIERS2009, Beijing.3. Yu XB, Zheng XP, Zhang HY，PMD measurement of hollow-core photonic bandgap fiber by investigating power penalty of optically generated microwave signals ， IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS 19 (5-8): 279-281 MAR-APR

50、20074. Xianbin Yu, Xiaoping Zheng, Hanyi Zhang and Yili Guo, All-Optical Reconfigurable Bipolar Tap Microwave Filter Using Photonic Bandgap Fiber and DGD Module, in Proc.IEEE/OSA OFC, No. JThA57, 20075. Yu XB, Zheng XP, Zhang HY，Polarization state rotation filter for optical generation of continuous

51、ly tunable millimeter-wave signal employing an external intensity modulator，OPTICAL FIBER TECHNOLOGY 13 (1): 56-61 JAN 20076. Yu XB, Zhang HY, Zheng XP, High carrier suppression double sideband modulation using polarization state rotation filter and optical external modulator, OPTICS COMMUNICATIONS

52、267 (1): 83-87, 2006（4）毫米波光真延時1. Xue Xiaoxiao, Wen He, Zheng Xiaoping, Zhang Hanyi, Guo Yili, Zhou Bingkun, Noise analysis in photonic true time delay systems based on broadband optical source and dispersion components, Applied Optics, 48(4): 658-663, 20092. Ying Yang, Yi Dong, Dawei Liu, Hao He, Ya

53、ohui Jin, and Weisheng Hu, "A 7-bit photonic true-time-delay system based on an 8×8 MOEMS optical switch" Chinese Optics Letters / Vol. 7, No. 2, 20093. Zhou Bo，Zheng Xiaoping，Yu Xianbing，Zhang Hanyi，Guo Yili，Zhou Bingkun，Impact of group delay ripples of chirped fiber grating on optic

54、al beamforming networks, OPTICS EXPRESS, 16 (4): 2398-2404, 20084. Zhou Bo， Zheng Xiaoping， Ye Yabin， Zhang Hanyi， Guo Yili， Zhou Bingkun, Improvement of optical beam-forming networks based on broadband optical source and chirped fiber grating, MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, 50(11): 2992-

55、2994, 20085. Zhou Bo， Zheng Xiaoping， Zhang Hanyi， Guo Yili， Zhou Bingkun, Optical beamforming networks based on broadband optical source and chirped fiber grating, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 20 (9-12): 733-735, 20086. Liu ZG, Zheng XP, Zhang HY and Zhou BK，Optical single sideband modulation

56、 based on Sagnac interferometer employing in true time delay ， Microwave And Optical Technology Letters, 49 (6): 1492-1494 JUN 20077. Lilin Yi, Yves Jaouen, Weisheng Hu, Junhe Zhou, Yikai Su and Erwan Pincemin, “Simultaneous demodulation and tunable-delay of DPSK signals using SBS-based optical filt

57、ering in fiber,” Optics Letters, vol. 32, no. 21, pp. 3182-3184, Nov. 2007.8. Lilin Yi, Li Zhan, Weisheng Hu, Yuxing Xia, “Delay of broadband signals using slow light in stimulated Brillouin scattering with phase-modulated pump,” IEEE Photon. Technol. Lett. Vol. 19, no. 8, pp. 619-621, Apr. 2007.9.

58、Liu ZG, Zheng XP, Zhang HY, Guo, Yili; Zhou, Bingkun, X-band continuously variable true-time delay lines using air-guiding photonic bandgap fibers and a broadband light source, OPTICS LETTERS 31 (18): 2789-2791, 200610. Zhigang Liu, Xiaoping Zheng, Hanyi Zhang, Yili Guo, “Photonic True Time Delay Using Air-Guiding Photonic Bandgap Fibers”, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), USA, May 200611. Lilin Yi, Weisheng Hu, Yikai Su, Mingyi Gao, and Lufeng Leng, “Design and system demonstration of a tunable slow-light delay li