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第1章 基本概念 1

1.1 微波光子链路 1

1.2 链路描述 2

1.3 信号传输 3

1.3.1 微波信号 3

1.3.2 数字信号的微波载波 4

1.3.3 UWB信号 4

1.3.4 光载波 4

1.3.5 小结 4

1.4 微波光子链路的局限性 5

1.4.1 由不同组件的材料带来的局限性 5

1.4.2 微波光子链路中的噪声源 6

1.4.3 非线性 9

1.5 微波光子链路组件和特征 9

第2章 光信号的产生和调制 10

2.1 激光器 10

2.1.1 基本概念 10

2.1.2 半导体激光器结构和有源层光增益 11

2.1.3 Fabry-Perot激光器原理 13

2.1.4 光限制因子与速率方程 14

2.1.5 激光器静态工作模式（或连续波工作模式） 15

2.1.6 激光器动态工作模式：射频小信号响应 16

2.1.7 RIN激光器噪声 18

2.1.8 RIN随1/f的增大和小信号与噪声的叠加 20

2.1.9 激光器的不同配置 21

2.1.10 激光器计算机辅助设计（CAD）模型 27

2.1.11 激光器测量和温度稳定性 31

2.2 电光调制器（EOM） 33

2.2.1 基本物理原理 33

2.2.2 线性电光（Pockel）效应 33

2.2.3 Mach-Zehnder电光调制器 35

2.2.4 单驱动MZM：单驱动电极 36

2.2.5 双驱动MZM：双驱动电极 46

2.2.6 实际MZM：特性和性能 50

2.2.7 MZM技术 51

2.3 电吸收调制器（EAM） 52

2.3.1 电吸收效应 52

2.3.2 FKE 55

2.3.3 Stark效应 55

2.3.4 量子阱结构 56

2.3.5 MEA操作 56

2.3.6 EAM特性 58

2.3.7 电吸收调制激光器（EML）：EAM和DFB的集成 59

2.3.8 用于超高速信号仿真的EAM电气建模 60

第3章 光纤和放大器 63

3.1 光纤 63

3.1.1 概述 63

3.1.2 材料衰减 65

3.1.3 材料折射率和色散 66

3.1.4 全反射、数值孔径、最大传输频率 67

3.1.5 阶跃折射率光纤 70

3.1.6 渐变折射率光纤 72

3.1.7 单模光纤 74

3.1.8 塑料光纤 76

3.2 光放大器 79

3.2.1 半导体光放大器（SOA） 80

3.2.2 EDFA 80

3.3 附录：光纤中信号传播的模分析 82

3.3.1 Maxwell方程 82

3.3.2 柱面光纤中的Maxwell方程 82

3.3.3 连续性和特征方程条件 85

3.3.4 不同模式分析 86

3.3.5 线性偏振模式的近似 88

第4章 光电探测器 91

4.1 光电探测器定义 91

4.2 光电二极管 91

4.2.1 介绍 91

4.2.2 半导体中的光吸收 92

4.2.3 p-i-n光电二极管 93

4.2.4 金属半导体金属（MSM）光电二极管 96

4.2.5 p-i-n和MSM光电二极管的等效电路 97

4.2.6 非线性 97

4.2.7 UTC光电二极管 98

4.2.8 电荷补偿 99

4.2.9 部分耗尽吸收区 100

4.2.10 横向采光 100

4.2.11 横向采光：行波结构 101

4.2.12 横向采光：周期结构 103

4.2.13 共振腔光电二极管 104

4.2.14 稀释波导和渐逝模式的耦合 105

4.2.15 小结 106

4.3 光电晶体管 107

4.3.1 双极性抑或场效应光电晶体管？ 107

4.3.2 GaAlAs/GaAs和InGaP/GaAs光电晶体管 108

4.3.3 InP/InGaAs光电晶体管 110

4.3.4 Si/SiGe光电晶体管 113

4.3.5 光电晶体管的共振腔 116

4.3.6 光电晶体管仿真和模型 116

4.3.7 基极负载阻抗的影响 118

4.3.8 小结 120

4.4 附录 121

4.4.1 晶格匹配层、赝晶层和变质层 121

4.4.2 速度过冲效应 123

4.4.3 异质结双极性光电晶体管 124

第5章 微波光子链路性能 127

5.1 微波光子链路：电路图和定义 127

5.1.1 直接调制链路电路图和定义 127

5.1.2 外调制链路电路图和定义 129

5.1.3 链路简化电路图和一级增益计算 130

5.2 光微波S参数和每个光子链路组件的增益 132

5.2.1 简介 132

5.2.2 激光器的光微波S参数和光微波增益 132

5.2.3 光纤的光微波S参数和光微波增益 133

5.2.4 光电二极管的光微波S参数和增益 134

5.2.5 局域组件外调制器光微波S参数和增益 135

5.2.6 分布式组件外调制光微波S参数和增益 136

5.2.7 S参数和光微波增益总结 137

5.3 微波光子链路光微波S参数和增益 138

5.3.1 直接调制微波光子链路S参数 138

5.3.2 直接调制微波光子链路增益 138

5.3.3 局域式外调制器微波光子链路S参数 139

5.3.4 局域式外调制器微波光子链路增益 140

5.3.5 分布式外调制器微波光子链路S参数 140

5.3.6 分布式外调制器微波光子链路增益 141

5.3.7 链路增益计算总结 141

5.4 不同链路增益的比较 143

5.4.1 直接调制链路增益计算 143

5.4.2 局域式外调制器链路增益计算 144

5.4.3 分布式外调制器链路增益计算 145

5.5 直接调制微波光子链路的光微波噪声系数 145

5.5.1 链路噪声系数图和计算方法 145

5.5.2 激光器噪声系数 146

5.5.3 光纤噪声系数 147

5.5.4 光电二极管噪声系数 147

5.5.5 直接调制链路噪声系数 147

5.5.6 直接调制链路输入端的匹配效应 148

5.5.7 链路噪声系数计算的总结 148

5.6 外调制微波光子链路光微波噪声系数 149

5.6.1 等效电路图和计算步骤回顾 149

5.6.2 局域式外调制器噪声系数 150

5.6.3 分布式外调制器噪声系数 150

5.6.4 光电探测器噪声系数的新评价 151

5.6.5 局域式外调制器微波光子链路噪声系数 152

5.6.6 输入端匹配的局域式外调制器微波光子链路噪声系数 152

5.6.7 分布式外调制器微波光子链路噪声系数 152

5.7 不同链路噪声系数的比较 153

5.7.1 直接调制链路噪声系数评估 153

5.7.2 局域式外调制器链路噪声系数评估 154

5.7.3 输入端匹配的局域式外调制器链路噪声系数的评估 155

5.7.4 分布式外调制器链路噪声系数评估 155

5.7.5 输出噪声功率 157

5.7.6 噪声系数的一些有效实测值 158

5.8 微波光子链路的非线性：失真现象 159

5.8.1 单频微波信号的非线性 159

5.8.2 多频微波输入信号的非线性 160

5.8.3 宽带输入信号的非线性 161

5.8.4 微波光子链路组件的非线性组合 162

5.9 微波光子链路无干扰动态范围 162

5.9.1 单频输入信号微波光子链路无干扰动态范围 162

5.9.2 多输入信号微波光子链路无干扰动态范围 163

5.9.3 无干扰动态范围的一些有效实测值 164

5.10 附录 164

5.10.1 参数S,Z,Y和ABCD之间的关系 164

5.10.2 微波光子链路光微波噪声系数计算公式的选择 165

5.10.3 双输入信号微波光子链路的无干扰动态范围计算 171

第6章 微波光子链路性能的补充分析 176

6.1 微波信号在双边带调制中的衰减 176

6.1.1 双边带调制回顾 176

6.1.2 单模光纤传播特性回顾 176

6.1.3 光纤双边带调制信号传播 178

6.1.4 光纤输出端的双边带调制信号探测 178

6.2 光载波或上下边带去除的调制器结构 180

6.2.1 光调制回顾 180

6.2.2 单边带或载波抑制光调制器 180

6.2.3 载波抑制和单边带光调制器 182

6.3 光链路造成的微波信号频谱纯度下降 184

6.3.1 现象描述 184

6.3.2 一些有关微波载波附近噪声的定义 185

6.3.3 光链路中的幅度和相位噪声 186

6.3.4 通过光链路传输的微波信号的相位噪声计算 187

6.3.5 通过光链路传输的微波信号的幅度噪声计算 188

第7章 微波光子链路中的电子放大器 190

7.1 光子链路中的电子放大器 190

7.2 光子链路发射机的电子放大器 190

7.2.1 光发射机的电子放大器的不同作用 190

7.2.2 发射机：调制器或激光器输入放大器 190

7.3 接收机：光电探测器输出端的放大器 193

7.3.1 基本概念 193

7.3.2 跨阻放大器 194

7.3.3 分布式放大器 195

7.3.4 跨阻抗和分布式放大器的组合 196

7.3.5 窄带放大器 196

7.3.6 光电晶体管后的前置放大器 197

7.3.7 光电晶体管后的其他电路 197

7.4 附录：模拟和微波放大器 197

7.4.1 基本概念 197

7.4.2 模拟放大器 198

7.4.3 微波放大器：晶体管反射器系数的表示 200

7.4.4 微波放大器：增益的表示 201

7.4.5 单向晶体管模型：双端口网络匹配计算 202

7.4.6 非单向晶体管：S12≠0的晶体管的一般情况 206

7.4.7 低噪声放大器 206

7.4.8 小信号微波放大器的通用模型 207

第8章 微波光子链路的仿真和测量 212

8.1 技术现状 212

8.1.1 目标 212

8.1.2 仿真软件的选择 212

8.1.3 不同的ADS仿真技术 213

8.2 微波光子链路模型 214

8.2.1 双端口网络方法 214

8.2.2 电光转换器：激光器 214

8.2.3 传输波导：光纤 217

8.2.4 光电传感器：光电二极管 219

8.3 链路中非线性效应 222

8.3.1 非线性源 222

8.3.2 1dB压缩点和链路的一阶动态响应 222

8.3.3 链路的三阶交调和三阶无干扰动态范围 223

8.4 链路噪声建模 224

8.4.1 激光器噪声 224

8.4.2 光纤 224

8.4.3 光电二极管噪声 225

8.4.4 直接调制链路噪声系数 226

8.4.5 接收机噪声功率 227

8.5 信号在光纤中传输的其他调制类型 229

8.5.1 超宽带信号调制 229

8.5.2 外调制 233

8.5.3 通过差频产生微波信号 236

8.6 结论 238

8.7 附录 239

8.7.1 MB-OOK调制 239

8.7.2 OFDM调制 240

参考文献 243

缩略语 260