Generation of Frequency Tunable and Low Phase Noise Micro- and Millimeter-Wave Signals using Photonic Technologies
The concept of generating micro- and millimeter-wave signals by optical means offers a variety of unique features compared to purely electronics such as high frequency tunability, ultra-wideband operation and the possibility to distribute micro- and millimeter-wave signals over kilometers of optical fiber to a remote site. These features make the photonic synthesizer concept a very interesting alternative for several applications in the micro- and millimeter-wave regime.
This thesis focuses on the realization and characterization of different photonic synthesizer concepts for the optical generation of frequency tunable and low phase noise micro- and millimeter-wave signals. Advanced microwave photonic approaches utilizing external optical modulation and optical multiplication will be presented, offering high frequency optical millimeter-wave generation up to 110 GHz with superior performances in terms of maximum frequency tuning ranges and phase noise characteristics. In addition, the concept of a novel dual-loop optoelectronic oscillator will be presented that enables optical millimeter-wave signal generation without the need of any electronic reference oscillator. By using the developed dual-loop optoelectronic oscillator, microwave signal generation with tuning ranges in the gigahertz regime has been experimentally demonstrated for the first time.
Das Konzept der optischen Mikro- und Millimeterwellen-Generation bietet gegenüber rein elektronischen Konzepten eine Vielzahl einzigartiger Möglichkeiten, bedingt durch die hohe Frequenzabstimmbarkeit, die extrem hohe Bandbreite sowie die Möglichkeit, Mikro- und Millimeterwellen-Signale über optische Fasern kilometerweit zu einer entfernten Station zu übertragen. Diese Eigenschaften machen das Konzept des photonischen Synthesizers zu einer sehr interessanten Alternative für viele Applikationen im Mikro- und Millimeterwellen-Bereich.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Realisierung und Charakterisierung verschiedener photonischer Synthesizer-Konzepte zur optischen Generation von frequenzabstimmbaren Mikro- und Millimeterwellen-Signalen mit geringem Phasenrauschen. Fortschrittliche photonische Konzepte unter Ausnutzung externer optischer Modulation sowie optischer Multiplikation werden vorgestellt. Diese Konzepte ermöglichen die optische Generierung hochfrequenter Millimeterwellen bis zu 110 GHz mit ausgezeichneter Performance in Bezug auf maximale Frequenzabstimmbarkeit sowie Phasenrauschen. Des Weiteren wurde ein neuartiges Konzept des optoelektronischen Oszillators, bestehend aus zwei Faserringen, vorgestellt, welches die Generierung von Millimeterwellen-Signalen ohne die Notwendigkeit eines elektronischen Referenzoszillators ermöglicht. Mit Hilfe des entwickelten optoelektronischen Oszillators wurde erstmals ein Mikrowellen-Signal mit einer Frequenzabstimmbarkeit im Gigahertz-Bereich experimentell erreicht.
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