劉明1)2)張明江1)2)3)? 王安幫1)2) 王龍生1)2) 吉勇寧1)2) 馬喆1)2)

1)(太原理工大學(xué)，新型傳感器與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030024)

2)(太原理工大學(xué)光電工程研究所，太原 030024)

3)(東南大學(xué)，毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210096)

(2012年8月29日收到;2012年10月9日收到修改稿)

1 引言

2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)容許了超寬帶技術(shù)未經(jīng)許可的商業(yè)應(yīng)用，為了避免超寬帶(UWB)信號對現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)的干擾，F(xiàn)CC一方面將UWB系統(tǒng)的帶寬限制在3.1—10.6 GHz頻帶內(nèi)，另一方面將UWB信號的功率譜密度限定在-41.3 dBm/MHz以下[1].由于UWB技術(shù)擁有高速率、抗多徑衰落、低功耗、強(qiáng)穿透力、高精度定位以及高安全性等特點(diǎn)，使其在無線通信、無線網(wǎng)絡(luò)傳感、穿墻雷達(dá)、智能交通、精確定位等眾多領(lǐng)域有著廣泛而重要的應(yīng)用前景[2,3].為了拓展UWB無線通信，彌補(bǔ)高帶寬、高頻譜利用率的UWB信號在電域難以產(chǎn)生這一不足以及UWB信號在空間傳輸距離過短(一般為幾米或十幾米)這一應(yīng)用限制，使得本地UWB系統(tǒng)能夠與有線網(wǎng)絡(luò)以及其他無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，2003年以來研究者們先后提出驗(yàn)證了超寬帶技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)于一體的新技術(shù)——光載超寬帶無線(UWB-over- fiber)技術(shù)，UWB-over- fiber技術(shù)既能利用光纖的巨大帶寬和低損耗傳輸，又能發(fā)揮超寬帶無線通信靈活方便的優(yōu)勢，已成為目前無線通信領(lǐng)域研究開發(fā)的一個熱點(diǎn)[4,5].在光域中直接產(chǎn)生UWB微波信號是實(shí)現(xiàn)UWB-over- fiber技術(shù)的核心問題，這樣不僅可以避免額外的電-光轉(zhuǎn)換，而且利用光學(xué)方法產(chǎn)生UWB信號還有低損耗、高帶寬、抗電磁干擾等眾多優(yōu)點(diǎn)[4-6].

目前，國內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)在光生UWB信號方面開展了工作，并取得了重要進(jìn)展.2008年，Chen等[7]利用同步的偏振調(diào)制和雙折射時間延遲的原理產(chǎn)生了多頻帶的UWB脈沖信號;Chang等[8]利用兩路并行的馬赫-曾德爾調(diào)制器產(chǎn)生了UWB脈沖信號.2009年，Pan和Yao[9]利用相位調(diào)制器和馬赫-曾德爾干涉儀在光域內(nèi)直接產(chǎn)生UWB脈沖;同年，Yu等[10]利用光注入分布反饋式半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生了UWB信號.2010年，Juan和Lin[11]利用脈沖注入半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生UWB脈沖信號;Zhang等[12]基于高非線性光子晶體光纖產(chǎn)生UWB脈沖信號;馮新煥等[13]利用保偏光纖布拉格光柵作為鑒頻器產(chǎn)生UWB脈沖信號;Zhou等[14]利用高非線性光纖中的多重交叉相位調(diào)制以及多重的相位-強(qiáng)度調(diào)制轉(zhuǎn)換產(chǎn)生UWB信號.2011年，Zhang等分別利用級聯(lián)的馬赫-增德爾調(diào)制器[15]和光纖環(huán)形振蕩器[16]產(chǎn)生UWB脈沖信號.2012年，文獻(xiàn)[17，18]利用帶有微波光子濾波器的光電振蕩器產(chǎn)生UWB脈沖信號，基于級聯(lián)的微波光子濾波器產(chǎn)生UWB脈沖信號;同年，Luo等[19]利用半導(dǎo)體光放大器產(chǎn)生UWB脈沖信號.上述研究主要集中于產(chǎn)生滿足美國聯(lián)邦通信委員會關(guān)于室內(nèi)無線通信頻譜輻射掩模(FCC Indoor Mask)的高斯脈沖一階導(dǎo)數(shù)或高階導(dǎo)數(shù)的UWB沖激脈沖信號(impulse radio，IR)，其頻率范圍限定于3.1—10.6 GHz.然而，迅猛發(fā)展的應(yīng)用于不同環(huán)境下的無線通信系統(tǒng)需要不同頻段、不同帶寬且功率譜平滑的超寬帶信號，因此在光域產(chǎn)生中心頻率可調(diào)諧、頻譜帶寬可控的UWB信號，將大大拓展光載超寬帶無線技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域.2010年2月，Khan等[20]提出了一種基于光子學(xué)微腔的UWB任意波形生成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了UWB信號中心頻率的大范圍調(diào)諧.2010年11月，Peled等[21]提出了基于受激布里淵散射放大自發(fā)輻射的類噪聲超寬帶信號產(chǎn)生方法，該方法具有信號中心頻率可調(diào)節(jié)且?guī)捒勺兓膬?yōu)點(diǎn).

在前期的工作中，我們提出并論證了利用10 GHz的電吸收調(diào)制器對基于半導(dǎo)體激光器的非線性效應(yīng)產(chǎn)生的混沌光進(jìn)行外調(diào)制產(chǎn)生混沌UWB脈沖信號的方案[22-24].文獻(xiàn)[22]中提出并論證了對光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌光進(jìn)行外調(diào)制產(chǎn)生超寬帶脈沖信號;文獻(xiàn)[23，24]分別從理論和實(shí)驗(yàn)論證了對光反饋外加光注入半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌光進(jìn)行外調(diào)制產(chǎn)生混沌UWB脈沖信號.雖然這兩種方法利用外調(diào)制混沌激光的方法在光域直接產(chǎn)生了超寬帶信號且實(shí)現(xiàn)了UWB信號頻譜的-10 dB帶寬和中心頻率可調(diào)諧，但前者所產(chǎn)生的超寬帶信號的頻譜并沒有很好地滿足FCC的要求，后者雖然較好高地滿足了FCC頻譜模板的要求，提高了頻譜利用率.但外光注入必然會使得系統(tǒng)復(fù)雜以及增加系統(tǒng)的成本，且這兩種方法所用的電光調(diào)制器也會提高系統(tǒng)復(fù)雜度、增加系統(tǒng)的成本.本文提出并論證了一種簡單、經(jīng)濟(jì)的方案——無須額外的電光調(diào)制器，直接電流調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生混沌UWB脈沖信號，所產(chǎn)生的混沌UWB脈沖信號不僅具有可控的頻率帶寬和可調(diào)諧的中心頻率，而且在未經(jīng)任何色散補(bǔ)償情況下，在頻譜的形狀幾乎沒有發(fā)生變化的條件下，實(shí)現(xiàn)了34.08 km光纖傳輸，相比于我們前期的工作[25]，在UWB信號的傳輸距離與傳輸性能上有了明顯的改善.

2 理論模型及模擬結(jié)果

2.1 理論模型

直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生超寬帶脈沖信號的系統(tǒng)模型如圖1所示.混沌激光源由一個分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB-LD)和一個反射系數(shù)可調(diào)的光纖反射鏡(FM)組成.在不同的偏置電流和反饋強(qiáng)度下，激光器的輸出將會出現(xiàn)單周期態(tài)、倍周期態(tài)、混沌態(tài)，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以使激光器輸出混沌激光，通過調(diào)節(jié)偏置電流和反饋強(qiáng)度可控制該混沌激光的頻譜特性.將一列速率為960 Mb/s的方波信號直接對此光反饋半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制，生成輸出速率可變的納秒量級的混沌超寬帶光脈沖信號(chaotic-UWB pulses).當(dāng)脈沖持續(xù)時間T滿足T＞1/2ΔF，(ΔF為原始混沌信號的-10 dB帶寬)時，混沌脈沖信號的帶寬將與原始連續(xù)混沌信號的帶寬ΔF一致[26].

圖1 直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生超寬帶脈沖信號的系統(tǒng)模型 DFB-LD，分布反饋式半導(dǎo)體激光器;FM，光纖反射鏡

直接電流調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器的理論模型可由下列的光場復(fù)振幅E和載流子N的速率方程組來描述：

式中E和N分別表示激光器的電復(fù)振幅和載流子密度，kf為反饋系數(shù)，反饋強(qiáng)度為10lg(k2f)dB，為了與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相對應(yīng)，反饋延時設(shè)為τ=28 ns.模擬中用到的其他參數(shù)為：透明載流子濃度 N0=0.445×106μm-3，閾值電流 Ith=22 mA，小信號增益系數(shù) g=1.414×10-3μm3·ns-1，載流子壽命 τN=2.5 ns，光子壽命 τp=1.17 ps，激光在腔內(nèi)往返周期τin=7.38 ps，線寬增強(qiáng)因子α=5.0，增益飽和系數(shù)ε=5×10-5μm3，有源層體積V=324μm3.方波信號直接對激光器進(jìn)行電流調(diào)制時，I=Ith+1.5×Ith×N(“0”或 “1”)，當(dāng)調(diào)制的方波信號為“0”時，激光器的偏置電流為閾值電流，此時激光器的輸出光功率極弱;當(dāng)調(diào)制的方波信號為“1”時，激光器的偏置電流為2.5倍的閾值電流，此時激光器輸出為混沌脈沖序列.

2.2 數(shù)值模擬結(jié)果

圖2(a)為偏置電流2.5Ith，反饋強(qiáng)度-12 dBm，未加方波信號調(diào)制時的混沌脈沖的頻譜圖;圖2(b)，(c)，(d)所示為當(dāng)偏置電流 2.5Ith，反饋強(qiáng)度-12 dBm，調(diào)制速率960 Mb/s時混沌UWB脈沖信號時序、頻譜和光譜.直接對混沌激光器進(jìn)行調(diào)制后輸出的混沌UWB脈沖序列如圖2(b)所示，從插圖中可以看出混沌UWB脈沖序列的長度0.52 ns，大約包含了8個脈沖，每一個脈沖的半高全寬約為32.5 ps.在圖2(c)中，藍(lán)色的線為混沌UWB脈沖信號的頻譜，其-10 dB帶寬可以達(dá)到6.8 GHz，中心頻率6.9 GHz，相對帶寬為102%，紅色線為FCC室內(nèi)頻譜模板，產(chǎn)生的混沌UWB脈沖信號的頻譜較好地滿足了FCC室內(nèi)模板的要求.圖2(d)為直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器的光譜圖.

為了分析直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器的頻譜響應(yīng)特性，探究偏置電流、反饋強(qiáng)度對-10 dB帶寬和中心的頻率的影響，數(shù)值模擬中，固定反饋強(qiáng)度為-12 dBm，調(diào)節(jié)偏置電流，從1.2Ith到1.8Ith到2.5Ith，結(jié)果如圖3(a)—(c)所示，隨著偏置電流的逐漸增大，-10 dB帶寬逐漸從4.2 GHz增加到5.2 GHz，直到6.8 GHz，中心頻率逐漸從5.8 GHz增大到6.4 GHz，直到6.9 GHz;固定偏置電流為2.5Ith，調(diào)節(jié)反饋強(qiáng)度分別為 -24，-18，-12 dBm，隨著反饋系數(shù)的逐漸增大，-10 dB帶寬逐漸增加為 5.6，6.4，6.8 GHz，中心頻率逐漸從 6.1 GHz 增大到6.6 GHz，直到6.9 GHz，結(jié)果如圖3(d)—(f)所示.

圖2 (a)為偏置電流為2.5Ith，反饋強(qiáng)度為-12 dBm時的未進(jìn)行調(diào)制的混沌脈沖的頻譜圖;(b)，(c)，(d)分別為偏置電流2.5Ith，反饋強(qiáng)度-12 dBm，調(diào)制速率960 Mb/s的混沌UWB脈沖的時序圖、頻譜圖、光譜圖

圖3 混沌UWB脈沖在不同狀態(tài)下的頻譜圖 (a)偏置電流為1.2Ith，反饋強(qiáng)度為-12 dBm時的頻譜圖;(b)偏置電流為1.8Ith，反饋強(qiáng)度為-12 dBm時的頻譜圖;(c)偏置電流為2.5Ith，反饋強(qiáng)度為-12 dBm時的頻譜圖;(d)偏置電流為2.5Ith，反饋強(qiáng)度為-24 dBm時的頻譜圖;(e)偏置電流為2.5Ith，反饋強(qiáng)度為-18 dBm時的頻譜圖;(f)偏置電流為2.5Ith，反饋強(qiáng)度為-12 dBm時的頻譜圖

偏置電流和反饋強(qiáng)度是使得混沌UWB信號的頻譜發(fā)生變化的重要影響因素，當(dāng)激光器進(jìn)入混沌狀態(tài)，它的本征振蕩，即弛豫振蕩將變?yōu)榉亲枘岬臓顟B(tài)，混沌激光的主要能量在頻域上將分布在弛豫振蕩頻率附近，這使得頻譜的中心頻率大致與激光器的弛豫振蕩頻率一致.隨著偏置電流的增加，加劇了激光模式間的相互作用，導(dǎo)致光譜展寬[27]，從而頻譜的中心頻率和帶寬逐漸增大;反饋強(qiáng)度的增強(qiáng)，增加了混沌態(tài)的復(fù)雜度，也會使得混沌激光的中心頻率和頻譜帶寬進(jìn)一步增加.

3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖4為混沌超寬帶信號產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置圖，一個商用的分布反饋式半導(dǎo)體激光器(DFB-LD)，通過外加光纖環(huán)反饋系統(tǒng)用來產(chǎn)生混沌激光，輸出光經(jīng)一個50：50的耦合器后分為兩路，其中一路作為輸出，另一路作為反饋光源，光衰減器(VA)和兩個偏振控制器(PC1和PC2)分別用來控制反饋光的強(qiáng)度和偏振狀態(tài).利用本課題組研制的碼率可調(diào)的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(NRZ-RDG)[28]產(chǎn)生的非歸零碼隨機(jī)序列直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生混沌UWB光脈沖信號，混沌UWB光脈沖經(jīng)由一個帶寬為45 GHz的光電探測器轉(zhuǎn)化為混沌UWB電脈沖，為了分析UWB信號的傳輸特性，生成的UWB信號的時序、功率譜以及對應(yīng)的光譜分別用6 GHz的實(shí)時示波器(Lecroy SDA8Zi-A)，26.5 GHz的頻譜分析儀(Agilent N9010A)和光譜儀(Agilent 86140B)進(jìn)行觀測.

3.2 混沌超寬帶信號的產(chǎn)生

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置圖 LD，半導(dǎo)體激光器;RNG，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器;PC，偏振控制器;OC，光環(huán)行器;VA，可調(diào)光衰減器;SO，光隔離器;EDFA，摻鉺光纖放大器;PD，光電探測器;OSA，光譜分析儀;ESA，頻譜分析儀;OSC，示波器

圖5 (a)直接調(diào)制激光器的隨機(jī)碼的時序;(b)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的混沌UWB脈沖信號的頻譜;(c)時序;(d)光譜

混沌激光是激光器輸出不穩(wěn)定性的一種特殊形式，此時盡管激光器的動態(tài)特性同樣可以由確定的速率方程來描述，但是激光器的輸出(光強(qiáng)、波長、相位)在時域上不再是穩(wěn)態(tài)，而是類噪聲的隨機(jī)變化，半導(dǎo)體激光器受到反饋光的擾動，其輸出會出現(xiàn)從低頻起伏到混沌[29]，從倍周期到混沌的演變過程.實(shí)驗(yàn)中，將半導(dǎo)體激光器的偏置電流和反饋強(qiáng)度調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臈l件下，使得激光器產(chǎn)生混沌振蕩后輸出連續(xù)的混沌光，而后利用隨機(jī)序列直接對激光器進(jìn)行內(nèi)調(diào)制，產(chǎn)生混沌脈沖序列，每一個混沌脈沖序列包含數(shù)十個幅度隨機(jī)起伏的混沌脈沖.實(shí)驗(yàn)中，激光器的閾值電流為16 mA，光纖反饋環(huán)長為5.6 m.為了產(chǎn)生符合FCC室內(nèi)模板要求的頻譜，通過優(yōu)化偏置電流、反饋強(qiáng)度，調(diào)制速率來實(shí)現(xiàn)，圖5所示為直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的隨機(jī)碼的時序圖以及當(dāng)偏置電流為32 mA，反饋強(qiáng)度為-4 dBm，調(diào)制速率為960 Mb/s時混沌UWB脈沖信號的頻譜圖、時序圖、調(diào)制前后的光譜圖.圖5(a)為用于直接半導(dǎo)體激光器的隨機(jī)碼的時序圖;在圖5(b)中，藍(lán)色的線為所產(chǎn)生混沌UWB脈沖信號的頻譜，其-10 dB帶寬可以達(dá)到9.6 GHz，相對帶寬為155%，中心頻率為6 GHz，紅色的線為FCC室內(nèi)頻譜模板，灰色的線為頻譜儀基底噪聲，可以看出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的混沌UWB脈沖信號的頻譜較好地滿足了FCC室內(nèi)模板的要求;直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器輸出的混沌UWB脈沖序列如圖5(c)所示，從插圖中可以看出混沌UWB脈沖序列的長度為4 ns，大約包含了20個脈沖，所以每一個脈沖的半高全寬為100 ps.通過溫度控制器將分布反饋式半導(dǎo)體激光器的中心波長穩(wěn)固在1549.572 nm，-20 dB的線寬為0.2 nm，如圖5(d)所示.

3.3 偏置電流、反饋強(qiáng)度和調(diào)制速率對-10 dB帶寬和中心頻率的影響

實(shí)驗(yàn)研究了偏置電流、反饋強(qiáng)度、調(diào)制速率對所產(chǎn)生的混沌UWB信號的頻譜特性的影響，實(shí)現(xiàn)了混沌UWB信號的頻譜帶寬可控、中心頻率可調(diào)諧輸出.實(shí)驗(yàn)中，固定反饋強(qiáng)度為-4 dBm，調(diào)制速率為960 Mb/s，調(diào)節(jié)偏置電流，如圖6(a)—(c)所示，當(dāng)偏置電流分別為1.4Ith，1.7Ith，2.0Ith時，對應(yīng)的混沌UWB信號的-10 dB帶寬分別為7.8，8.7，9.6 GHz，中心頻率分別為 4.9，6.2，6.6 GHz;UWB 信號的-10 dB帶寬和中心頻率與偏置電流的關(guān)系曲線如圖6(d)所示，隨著偏置電流的逐漸增大(1.1Ith—2.0Ith)，-10 dB 帶寬逐漸增加 (5.6—9.6 GHz)，中心頻率逐漸增大(3.8—6.6 GHz).

固定偏置電流為2.0Ith，調(diào)制速率為960 Mb/s，調(diào)節(jié)反饋強(qiáng)度，如圖7(a)—(c)所示.當(dāng)反饋強(qiáng)度分別為-12，-8，-4 dBm時，對應(yīng)的混沌UWB信號的-10 dB帶寬分別為8.0，8.75，9.6 GHz，中心頻率分別為4.2，5.7，6.6 GHz;混沌UWB信號的-10 dB帶寬和中心頻率與反饋強(qiáng)度的關(guān)系曲線如圖7(d)所示，隨著反饋強(qiáng)度的逐漸增大(-14.0—4.0 dBm)，-10 dB帶寬逐漸增加(7.8—9.6 GHz)，中心頻率逐漸增大(4.0—6.6 GHz).

固定偏置電流為32 mA，反饋強(qiáng)度為-4 dBm，改變調(diào)制速率，當(dāng)調(diào)制速率分別為360，720，960 Mb/s時的頻譜圖如圖8(a)—(c)所示;UWB信號的-10 dB帶寬和中心頻率與調(diào)制速率的關(guān)系曲線如圖8(d)所示，隨著調(diào)制速率的逐漸增大(240—960 Mb/s)，-10 dB帶寬會出現(xiàn)小幅度的增加，中心頻率幾乎沒有發(fā)生變化，這和文獻(xiàn)[23]中表述是相一致的.隨著調(diào)制速率的增大，混沌脈沖序列的寬度逐漸變窄，導(dǎo)致混沌UWB信號的頻譜出現(xiàn)小幅度的展寬，而中心頻率幾乎沒有變化.

圖6 (a)，(b)，(c)為偏置電流分別為22，27，32 mA的實(shí)驗(yàn)頻譜圖;(d)-10 dB帶寬和中心頻率隨偏置電流變化的實(shí)驗(yàn)曲線圖

圖7 (a)，(b)，(c)反饋強(qiáng)度分別為-12，-8，-4 dBm的實(shí)驗(yàn)頻譜圖;(d)-10 dB帶寬和中心頻率隨反饋強(qiáng)度變化的實(shí)驗(yàn)曲線圖

圖8 (a)，(b)，(c)調(diào)制速率分別為360，720，960 Mb/s的實(shí)驗(yàn)頻譜圖;(d)UWB信號的頻譜的-10 dB帶寬和中心頻率隨調(diào)制速率變化的實(shí)驗(yàn)曲線圖

如果進(jìn)一步增大偏置電流和反饋強(qiáng)度，-10 dB帶寬和中心頻率將會繼續(xù)增加，但是產(chǎn)生的混沌UWB脈沖信號的頻譜將超出FCC室內(nèi)頻譜模板的限制.直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器會出現(xiàn)很豐富的動態(tài)特性，例如周期振蕩、低頻振蕩、混沌[30-32].本文中，直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生混沌UWB信號，我們的研究僅限于偏置電流從1.1Ith到2.0Ith，反饋強(qiáng)度從-14 dBm到-4 dBm，調(diào)制速率從240 Mb/s到960 Mb/s這樣的范圍內(nèi)，如果三個參量超出上述的變化范圍，直接調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器的輸出特性將會出現(xiàn)其他的動態(tài)特性.

圖9 在不同長度的傳輸光纖下，混沌UWB信號的頻譜形狀變化趨勢的實(shí)驗(yàn)曲線圖

3.4 混沌UWB信號的傳輸特性

進(jìn)一步研究了所產(chǎn)生的混沌UWB信號在光纖中的傳輸特性，檢測了混沌UWB信號頻譜形狀隨傳輸距離的變化趨勢.如圖9所示，設(shè)定偏置電流為32 mA，反饋強(qiáng)度為-4 dBm，調(diào)制速率為960 Mb/s，將混沌光脈沖經(jīng)EDFA放大后進(jìn)行長距離的光纖傳輸，可以看到分別經(jīng)10.14，23.94，34.08 km的光纖傳輸后，混沌UWB信號的頻譜形狀幾乎沒有變化，只是在能量上因?yàn)楣饫w的傳輸損耗有著不同幅度的衰減，這是因?yàn)轭l譜形狀的變化主要取決于混沌UWB脈沖的形狀變化，而實(shí)驗(yàn)中，對于直接調(diào)制的光反饋DFB激光器的輸出光的線寬相對較窄，在光纖傳輸中，窄線寬的混沌UWB脈沖受光纖色散的影響較小，所以光纖色散效應(yīng)并沒有導(dǎo)致UWB信號的脈沖形狀發(fā)生明顯的畸變，從而使得混沌UWB信號的頻譜幾乎沒有變化，這意味著此系統(tǒng)下所產(chǎn)生的混沌UWB信號受光纖色散的影響非常小.此外，在混沌UWB信號的功率譜中沒有出現(xiàn)離散的譜線，這說明無需引入抖動[33]或者優(yōu)化調(diào)制格式[34]來緩解由于離散的功率譜所帶來的消極影響，降低了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度.

4 結(jié)論

本文提出并論證了一種有效、經(jīng)濟(jì)的方案產(chǎn)生混沌UWB信號——直接電流調(diào)制光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生混沌UWB信號.理論分析了偏置電流、反饋強(qiáng)度對混沌UWB脈沖信號頻譜的-10 dB帶寬和中心頻率的影響.研究表明，混沌UWB脈沖頻譜的-10 dB帶寬分別隨著偏置電流的逐漸增大和反饋強(qiáng)度的逐漸增強(qiáng)而逐漸增加;中心頻率分別隨著偏置電流的逐漸增大和反饋強(qiáng)度的逐漸增強(qiáng)而逐漸增大.實(shí)驗(yàn)中，直接在光域產(chǎn)生了速率為960 Mb/s的混沌UWB脈沖信號，其頻譜的中心頻率為6 GHz，-10 dB帶寬為9.6 GHz，相對帶寬為155%.通過調(diào)諧偏置電流和反饋強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了混沌UWB信號的中心頻率和-10 dB帶寬大范圍可調(diào).此外，經(jīng)過長距離(34.08 km)的光纖傳輸后，頻譜的形狀幾乎沒有發(fā)生變化，這意味著光纖色散對所產(chǎn)生的混沌UWB信號的幾乎沒有影響，而且混沌UWB信號的功率譜中沒有出現(xiàn)離散的譜線，這說明可以忽略由于離散的功率譜所帶來的消極影響，無需優(yōu)化調(diào)制格式.這使得所提出的系統(tǒng)將在未來的光載超寬帶無線接入網(wǎng)中擁有潛在的應(yīng)用前景.

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