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第1章 绪论1

1.1 微波光子学发展的技术背景1

1.2 光子学技术的发展历程及最新进展2

1.2.1 光纤技术2

1.2.2 激光及光放大技术4

1.2.3 光调制技术4

1.2.4 光检测技术5

1.2.5 光通信技术5

1.3 微波毫米波技术的新进展7

1.4 微波光子学的进展及应用8

1.4.1 微波毫米波的光学产生方法8

1.4.2 微波毫米波信号的光域处理8

1.4.3 系统应用9

第2章 光子技术基础10

2.1 平面及条形光波导传输原理10

2.1.1 薄膜波导10

2.1.2 对称薄膜波导12

2.2 条形光波导及带状波导12

2.3 光纤中的传播模式15

2.3.1 光纤中的电磁场方程15

2.3.2 传播模式16

2.4 光纤的色散特性19

2.4.1 群速度色散19

2.4.2 偏振模色散22

2.5 光纤的非线性特性23

2.5.1 光纤的非线性折射率23

2.5.2 自相位调制（SPM）23

2.5.3 交叉相位调制（XPM）24

2.5.4 光孤子传输25

2.5.5 四波混频26

2.5.6 受激拉曼散射（SRS）27

2.5.7 受激布里渊散射（SBS）30

2.6 半导体激光器（LD）31

2.6.1 半导体激光器的工作机理31

2.6.2 半导体激光器的工作特性34

2.7 半导体光检测器36

2.7.1 光检测原理36

2.7.2 pin光电二极管和雪崩光电二极管（APD）38

2.7.3 响应度和量子效率39

2.7.4 光检测器的响应时间39

2.7.5 光检测器的噪声41

第3章 新型光子器件技术43

3.1 高频直接调制半导体激光器43

3.1.1 张弛振荡频率43

3.1.2 交调失真45

3.1.3 共振调制46

3.2 超短脉冲激光器47

3.2.1 锁模光纤激光器47

3.2.2 锁模半导体激光器49

3.2.3 增益开关半导体激光器50

3.2.4 电光调制器组合光源52

3.2.5 超连续（SC）谱脉冲光源54

3.3 窄线宽光纤激光器54

3.3.1 DBR光纤激光器55

3.3.2 DFB光纤激光器55

3.4 电光调制器56

3.4.1 MZM的主要参数56

3.4.2 MZM的调制曲线57

3.4.3 MZM的输出信号58

3.4.4 MZM输出信号的频谱分析59

3.4.5 MZM的偏置点选择60

3.5 高速光检测器61

3.5.1 超宽带型光电检测器61

3.5.2 高饱和电流型光二极管63

3.5.3 平衡光检测器64

3.5.4 高速光检测器小结66

3.6 光纤光栅66

3.6.1 光纤光栅的基本概念66

3.6.2 FBG的分类67

3.6.3 光纤光栅的制作方法69

3.6.4 光纤光栅的应用70

3.7 非线性光纤光学器件70

参考文献71

第4章 微波毫米波信号的光学产生及处理74

4.1 基于光学拍频的微波毫米波信号产生方法74

4.1.1 外调制产生光生毫米波75

4.1.2 锁相激光器外差法80

4.1.3 基于双波长激光器的光生毫米波产生技术83

4.2 基于超连续光谱的微波信号产生方法84

4.3 基于光电混合振荡器（OEO）的毫米波信号产生方法89

4.3.1 光电振荡器的研究现状90

4.3.2 光电振荡器的关键技术93

4.3.3 光电振荡器的应用107

4.4 微波光子滤波器的原理109

4.4.1 不同抽头系数的微波光子滤波器111

4.4.2 不同光源类型的微波光子滤波器112

4.4.3 微波光子滤波器的性能指标117

4.5 微波光子滤波器的实现方法122

4.5.1 有负系数的微波光子滤波器的实现方法123

4.5.2 单光源微波光子滤波器的实现方法125

4.5.3 多光源微波光子滤波器的实现方法128

4.5.4 克服相位噪声限制的方法136

4.5.5 微波光子滤波器实现方法小结141

4.6 基于布里渊效应的微波毫米信号光学产生及滤波方法141

4.6.1 多波长布里渊光纤激光器142

4.6.2 基于多波长布里渊光纤环形激光器的微波信号产生方法与实现143

4.6.3 基于布里渊选择放大技术的微波信号产生方法149

4.6.4 基于布里渊散射的光载波抑制滤波151

参考文献155

第5章 基于光子学原理的射频任意波形产生技术158

5.1 概述158

5.1.1 基于傅里叶变换光脉冲整形的光学任意波形产生158

5.1.2 基于光脉冲频谱整形与频率-时间映射的光学射频波形产生160

5.1.3 基于直接空-时域脉冲整形的光学射频波形产生163

5.1.4 基于微波光子滤波器的光学射频波形产生164

5.1.5 基于时域脉冲整形的光学射频任意波形产生技术164

5.2 典型的OAWG实现方法166

5.2.1 基于傅里叶变换光脉冲整形的任意波形产生166

5.2.2 基于光脉冲频谱整形与频率-时间映射的任意波形产生175

5.2.3 基于直接空间-时域光脉冲整形的任意波形产生技术183

5.2.4 基于微波光子滤波器的射频任意波形产生技术187

5.2.5 基于时域光脉冲频谱整形的射频波形产生技术189

5.3 OAWG的发展趋势192

5.3.1 动态可重构的OAWG192

5.3.2 集成化的OAWG198

参考文献202

第6章 高速光编／解码技术及其应用204

6.1 OCDMA通信及光编／解码概述204

6.2 OCDMA技术的原理及特点204

6.3 OCDMA技术的发展历程及分类205

6.4 OCDMA的关键技术209

6.4.1 码字构造技术209

6.4.2 光编／解码技术210

6.4.3 OCDMA系统技术215

6.4.4 基于SSFBG的真实相移（TPS）编／解码器216

6.4.5 基于SSFBG的等效相移（EPS）编／解码器218

6.5 高速保密OCDMA通信系统224

6.5.1 单用户2.5 Gb/s 60km传输实验224

6.5.2 双用户2.5Gb/s 100km传输实验227

参考文献231

第7章 射频信号光传输系统235

7.1 RoF概述235

7.1.1 RoF的优势及问题235

7.1.2 用于RoF系统的新技术236

7.2 RoF的系统构成237

7.2.1 用于无线通信网的RoF系统构成237

7.2.2 RoF系统的结构239

7.3 射频信号在光纤中的传输损伤240

7.3.1 RoF系统的主要性能指标240

7.3.2 RoF系统中色散对传输信号的影响249

7.3.3 光纤色散对OFDM信号传输性能的影响256

7.4 RoF系统的典型实现257

7.4.1 应用光PSK调制的60GHzRoF下行链路系统257

7.4.2 使用上行的光上转换和下行的再调制OOK的双向RoF链路260

7.4.3 基于布里渊散射的全光变频的RoF系统263

7.4.4 基于光注入条件下DFB激光器产生单边带调制信号268

7.5 RoF系统的应用270

7.5.1 RoF在卫星通信中的应用270

7.5.2 RoF在移动通信中的应用271

7.5.3 宽带无线接入272

7.5.4 智能交通通信和控制274

7.5.5 军事应用275

7.6 RoF系统的发展趋势276

7.6.1 低成本激光器277

7.6.2 系统中的光纤277

7.6.3 调制收发器280

参考文献280

第8章 微波阵列天线的光学控制技术282

8.1 相控阵天线原理282

8.2 真时延对相控阵雷达性能的提高284

8.3 光控相控阵天线285

8.3.1 光控相控阵天线国外研究现状286

8.3.2 光控相控阵雷达技术的应用前景288

8.3.3 光控相控阵雷达的关键技术288

8.4 光真时延迟线的实现方法289

8.4.1 基于时延切换的OTTD及波束形成技术290

8.4.2 基于空间光调制器和偏振分柬器的波束控制结构291

8.4.3 基于色散器件的波束形成实现方案293

8.4.4 基于超结构光纤光栅的时延实现方法295

8.5 光子射频移相器的实现方法297

8.5.1 基于外差混频技术的光子射频移相器297

8.5.2 基于矢量和技术的光子射频移相器298

参考文献300

第9章 太赫兹技术302

9.1 太赫兹辐射的产生方法302

9.1.1 基于超快激光技术的太赫兹辐射源303

9.1.2 基于光学差频和光学参量方法的太赫兹辐射源306

9.2 太赫兹信号的检测技术309

9.2.1 相干探测309

9.2.2 非相干探测311

9.3 太赫兹功能器件312

9.3.1 固态集成电路太赫兹放大器312

9.3.2 光子晶体太赫兹器件313

9.3.3 表面等离子体太赫兹器件316

9.4 太赫兹通信技术318

9.4.1 基于光学方法的太赫兹无线通信系统319

9.4.2 光载太赫兹波传输系统322

9.5 太赫兹技术的潜在应用领域324

参考文献325