星上微波光子系统交调失真分析：双音调制下的优化策略

"本文主要分析了在双音调制下，星上微波光子系统的交调失真问题。通过建立包含光源、马赫曾德尔调制器和光电探测器的理论模型，研究了调制器非线性失真的影响，并提出了一种严格的通用解析解方法。这种方法基于傅里叶级数展开、傅里叶变换和Gegenbauer加法定理，可以准确预测不同调制方式下的非线性失真，有助于优化系统性能。分析结果显示，在双边带和单边带调制模式下，通过保留调制器输出信号的二次谐波，可以有效地近似计算三阶交调失真比和三阶交调截点。研究发现，三阶交调失真比随调制系数的增大呈现先增后减的趋势。在调制系数小于1.4674时，单边带调制的三阶交调失真比至少比双边带调制低6dB，因此更适合应用于星上微波光子系统。" 在光通信领域，马赫曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator, MZM)是关键器件之一，其非线性特性可能导致系统性能下降，特别是在星上微波光子系统中，这种影响尤为显著。本文构建了一个包括光源、MZM和光电探测器的双音调制理论框架，目的是研究并缓解调制器非线性失真带来的问题。 调制器的非线性失真主要表现在三阶交调失真上，这是由于输入信号的不同频率成分在调制过程中相互作用产生的。通过对调制器输出信号的傅里叶级数展开，结合傅里叶变换和Gegenbauer加法原理，研究者推导出了一种通用的解析解，可以精确计算出各种调制方式下的三阶交调失真情况。 在实际应用中，为了评估和优化系统的非线性失真，通常需要计算三阶交调失真比和三阶交调截点。本文指出，对于双边带和单边带调制，通过仅考虑调制器输出的二次谐波，可以得到很好的近似计算结果。分析表明，三阶交调失真比随调制深度的增加有一个峰值，这为调制参数的选择提供了指导。 特别是在比较双边带和单边带调制的性能时，发现单边带调制在较低的调制系数下具有更优的三阶交调失真表现。具体来说，当调制系数小于1.4674时，单边带调制的三阶交调失真比比双边带调制小6dB或更多。这意味着在相同条件下，采用单边带调制可以显著降低交调失真，从而提高星上微波光子系统的整体性能和传输质量。 本文的研究成果对理解和改善星上微波光子系统的非线性效应具有重要的理论和实践意义，为设计高效、低失真的光通信系统提供了新的思路和方法。