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激光技术 2018年第3期42卷 336-340页

作者：王阳阳赵恩才于淼罗政纯常天英崔洪亮吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130021

为了提高光纤布喇格光栅(FBG)解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗(F-P)滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考... 详细信息

为了提高光纤布喇格光栅(FBG)解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗(F-P)滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考光栅、传感光栅3个单独的通道结构相结合的FBG解调方法。通过理论分析和实验验证,选择中值滤波加滑动平均滤波的方法滤除噪声,采用基于强度阈值的频谱相关寻峰算法更加准确地找到反射谱峰值的位置。结果表明,每个通道单独分开的解调方案的波长长期稳定性可达0.4pm,温度与波长的线性度高于99.90%。该系统能够实现对温度、应变等参量的稳定性的测量。

关键词：光栅法布里-珀罗滤波器法布里-珀罗标准具参考光栅可调谐环形腔激光器

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一种基于FPF的高速可调谐激光器

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光通信研究 2015年第5期5期(23)卷 51-54页

作者：杨迎卯温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司浙江温州325000

为了克服FPF(法布里-珀罗滤波器)在高频扫描时驱动能力不足易产生失真的问题,设计了一种推挽式的FPF驱动电路,扫描频率可达1kHz。利用TINA软件对该驱动电路建模,仿真研究了PZT(压电陶瓷)容性负载对驱动电路的影响,找出了对其进行容性补... 详细信息

为了克服FPF(法布里-珀罗滤波器)在高频扫描时驱动能力不足易产生失真的问题,设计了一种推挽式的FPF驱动电路,扫描频率可达1kHz。利用TINA软件对该驱动电路建模,仿真研究了PZT(压电陶瓷)容性负载对驱动电路的影响,找出了对其进行容性补偿的方法。使用该方法消除了驱动电路自激振荡的隐患,解决了高频信号驱动大容抗负载时易产生失真的问题。通过测试可知,基于所设计的驱动电路的FPF高速可调谐激光器性能优良,在1kHz高频工作条件下,其波长解调误差小于±10pm。

关键词：高速法布里-珀罗滤波器驱动能力容性补偿

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光通信中Si基集成解复用光接收器的研究

光通信中Si基集成解复用光接收器的研究

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作者：张学强北京邮电大学

学位级别：硕士

在集成电路和集成光路都有了相当程度发展的今天,发展光电子集成自然成为了当前研究的重点课题。在光电集成研究中硅材料更受青睐。然而,在制作光通信系统中的有源器件时硅材料却没有Ⅲ-Ⅴ族化合物材料的优势。因而结合硅材料和Ⅲ-Ⅴ族... 详细信息

在集成电路和集成光路都有了相当程度发展的今天,发展光电子集成自然成为了当前研究的重点课题。在光电集成研究中硅材料更受青睐。然而,在制作光通信系统中的有源器件时硅材料却没有Ⅲ-Ⅴ族化合物材料的优势。因而结合硅材料和Ⅲ-Ⅴ族化合物材料的优势制作硅基有源器件具有相当广阔的前景。另外,由于能以较低的成本、较简单的结构形式极大地扩大单根光纤的传输容量,波分复用系统已经成为光网络中的主导技术。所以制作运用于波分复用系统的集成解用接收器具有十分重要的现实意义。本论文主要针对具有平顶陡边光谱响应的硅基集成解复用光探测器进行了详细的研究,研究成果如下： 1.为了结合Si基材料在光电集成中的优势和Ⅲ-Ⅴ族化合物光探测器的优良特性,对键合工艺进行了研究。特别是对运用苯并环丁烯树脂(BCB树脂)和粘附剂AP3000在Si片和Ⅲ-Ⅴ族化合物光探测器外延片键合中的工艺进行了详细研究。 2.运用传输矩阵法,深入的分析了分布布拉格反射镜原理和Fabry-Perot腔原理。并在此理论基础上对多腔级联Fabry-Perot滤波器原理进行了阐述,同时根据波分复用系统的带宽要求设计了三种具有平顶陡边透射谱的多腔级联硅基介质薄膜Fabry-Perot滤波器。 3.设计了一种具有平顶陡边光谱响应的Si基光探测器。并用传输矩阵法对探测器性能进行了理论分析,分析结果显示该光探测器拥有相对较高的量子效率和非常良好的平顶陡边光谱响应特性。而且其光谱响应完全能够满足密集波分复用对带宽的要求。 4.参与制作了具有平顶陡边光谱响应的Si基长波长光探测器,并对该光探测器的响应谱进行了测试,测试结果显示器件在波长1549.2nm附近量子效率达到了56%,响应谱-0.5dB带宽为0.61nm,-3dB带宽为0.69nm,-25dB带宽为1.16nm。

关键词：硅基光探测器密集波分复用系统键合平顶陡边光谱响应分布布拉格反射镜法布里-珀罗滤波器

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基于自由光谱范围匹配的光纤光栅解调技术研究

基于自由光谱范围匹配的光纤光栅解调技术研究

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作者：梁志雷南京邮电大学

学位级别：硕士

由于光纤布拉格光栅传感器在应变，温度等物理量测量方面的广泛应用，基于光纤布拉格光栅的光纤传感器引起了人们极大的关注。因为光纤布拉格光栅传感器的波长编码的本质特征，通常的检测方法是采用光栅波长解调技术。课题基于法布里-... 详细信息

由于光纤布拉格光栅传感器在应变，温度等物理量测量方面的广泛应用，基于光纤布拉格光栅的光纤传感器引起了人们极大的关注。因为光纤布拉格光栅传感器的波长编码的本质特征，通常的检测方法是采用光栅波长解调技术。课题基于法布里-珀罗滤波器自由光谱范围匹配的光纤光栅解调技术，实现FBG传感信号的解调。本文主要的工作如下：首先，对光纤光栅传感的技术和应用作了详细的论述，简单介绍了光纤光栅解调技术和复用技术。对光纤光栅的理论分析方法进行了详细的论述，重点介绍了耦合模理论和传输矩阵法。用OptiGrating仿真软件对具有用户自定义切趾函数和周期线性啁啾光纤光栅的特性进行了仿真。利用仿真软件对光纤光栅传感器的应变特性进行模拟，有助于光纤光栅传感器设计和制造过程中参数的优化。其次，对法布里-珀罗滤波器进行了详细的理论分析，得出了法布里-珀罗滤波器的透射率曲线图以及精细因子和条纹对比度与镜面反射率的关系图。然后系统地分析了基于光纤法布里-珀罗腔干涉传感器的性能特性，并进行了相应的数值仿真。仿真了精细因子和镜面倾斜角度这两个参数对干涉型传感器性能特性的影响，得出了相应的曲线关系图。为法布里-珀罗干涉型传感器的生产制造提供一定的理论指导作用。最后，对基于可调谐法布里-珀罗滤波器的光纤光栅的解调技术做了详细的研究，在传统的基于可调谐法布里-珀罗滤波器解调技术的基础上，提出了基于自由光谱范围匹配的光纤光栅解调技术。该解调技术是利用法布里-珀罗滤波器的自由频谱区和相邻光纤光栅的中心波长差相匹配，同时使用了一个多通道的带通滤波器，这样可以同时扫描多个不同的光纤光栅的反射峰。在提高基于波分复用技术的分布式传感系统的采样速率和波长精确度方面，该解调技术提供了一种新的解决办法。

关键词：光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器解调系统自由光谱区

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基于反射式半导体光放大器的分波多工被动光网路之设计

基于反射式半导体光放大器的分波多工被动光网路之设计

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作者：谢廷霖淡江大学

学位级别：硕士

论文提要内容：被动光网路系统近期发展正朝向更高资料速率及远距离传输，其中以分波多工被动光网路(Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network, WDM-PON)为最吸引人的方案。为了降低WDM-PON系统的成本，已有许... 详细信息

论文提要内容：被动光网路系统近期发展正朝向更高资料速率及远距离传输，其中以分波多工被动光网路(Wavelength-Division-Multiplexed Passive Optical Network, WDM-PON)为最吸引人的方案。为了降低WDM-PON系统的成本，已有许多无色光源WDM-PON架构被提出。此外，在光网路单元(Optical Network Unit, ONU)中反射式半导体光放大器(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA)是一种非常普遍使用的无色光源。因此在本论文中我们提出新式基于RSOA的WDM-PON架构，使用10 Gbps直调雷射作为光线路端 (Optical Line Terminal, OLT)的光发射机，单颗1.25 Gbps RSOA作为ONU端的光发射机，以及法布里-珀罗滤波器作为波形整形器，其透射与反射滤波可用来达成同时明灭比提升与资料抹除的功能。在实验上，以误码率量测证实上/下行讯号的效能均可获得改善。在25公里光纤传输及误码率10-9的要求下，明灭比已提升的10 Gbps下行讯号可改善1.8 dB的功率偿付值。在1.25 Gbps上行讯号方面，以资料抹除方式入射RSOA较以连续波方式只增加了0.5 dB的功率偿付值，而资料抹除方式比没有资料抹除方式改善了1.4 dB的功率偿付值。最后我们提出新式基于RSOA的WDM-PON之保护架构，馈送光纤(Feeder Fiber)与分布光纤(Distribution Fiber)同时皆可获得保护。

关键词：明灭比法布里-珀罗滤波器重复使用光被动光网路再次调变半导体光放大器分波多工

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一维光子晶体理论分析及在光通信中的应用

一维光子晶体理论分析及在光通信中的应用

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作者：肖柳平电子科技大学

学位级别：硕士

在光通讯中,采用光信息处理器件极大地提高了通信的速度和增加了信息的容量。光子晶体器件对光子具有良好的控制能力,在光通信中具有广泛的应用。其中一维光子晶体结构简单,制作方法成熟,制作成本低。随着光通信技术的迅速发展,一维光... 详细信息

在光通讯中,采用光信息处理器件极大地提高了通信的速度和增加了信息的容量。光子晶体器件对光子具有良好的控制能力,在光通信中具有广泛的应用。其中一维光子晶体结构简单,制作方法成熟,制作成本低。随着光通信技术的迅速发展,一维光子晶体成为光通信行业中的常用器件,这些器件包括:偏振分光器,一维光子晶体滤波器,空芯一维光子晶体光纤及介质全反射镜等。一维光子晶体是介电系数在一个维度上呈周期性分布的煤质,光学薄膜是一维光子晶体的一个特例。电磁波在一维光子晶体中传播时由于布拉格散射,电磁波会受到调制而形成能带,光子能带之间可能出现带隙,即光子禁带。本论文用传输矩阵法和Bloch理论等相关理论对一维光子晶体的禁带特征,对偏振分光器和滤波器进行了系统地分析。分析光子晶体各个结构参数对光子晶体传输特性的影响,分析光子晶体滤波器在光网络器件中的应用。并将光子晶体反射膜应用在卡塞格伦光学天线上,提出了一种新型的卡塞格伦光学天线。论文主要包括: 1.用传输矩阵法讨论了一维光子晶体的禁带特征,并在特定中心波长条件下,通过改变介质层折射率、介质层厚度及入射角等参数来优化光子晶体的传输特性。 2.从布洛赫理论出发,用禁带边缘法分析了光子晶体的禁带特征,这种方法在分析一维光子晶体的禁带位置时比传输矩阵理论简单。 3.从多光束干涉理论出发,分析含缺陷层的一维光子晶体的滤波特性,讨论光子晶体滤波器在光网络器件上的应用。 4.用传输矩阵法分析Bragg光纤的传输特性。采用周期性介质作高反射膜应用在卡塞格伦光学天线上,分析了主、次镜的大小对效率的影响,提出了解决次镜遮挡损耗的一种新型结构卡塞格伦光学天线。

关键词：光子晶体禁带传输矩阵法布里-珀罗滤波器卡塞格伦天线

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用于光控相控阵雷达的可调谐多波长光纤激光器研究

用于光控相控阵雷达的可调谐多波长光纤激光器研究

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作者：孙永茂天津大学

学位级别：硕士

为了实现波束的宽带宽、大角度扫描,传统相控阵雷达使用微波延迟线进行延时补偿,但是微波延迟线存在着对信号衰减大,抗干扰能力差,体积大等诸多问题。为了解决这些问题,近年来,基于光学实时延迟(Optical True Time Delay,OTTD)系统的光... 详细信息

为了实现波束的宽带宽、大角度扫描,传统相控阵雷达使用微波延迟线进行延时补偿,但是微波延迟线存在着对信号衰减大,抗干扰能力差,体积大等诸多问题。为了解决这些问题,近年来,基于光学实时延迟(Optical True Time Delay,OTTD)系统的光控相控阵(Optically Controlled Phased-array,OCPA)雷达得到了广泛研究,显现出尺寸小,带宽高,传输损耗低,可调谐性大以及抗电磁干扰能力强等优点。作为OCPA雷达中的关键组成部分,国内外学者对OTTD系统进行了较为广泛的研究,提出了多种实现方法,其中使用多个可调谐半导体激光器作为多波长光源并使用线性啁啾光纤光栅(Linear Chirped Fiber Grating,LCFG)作为色散原件是较为热门的方法之一。然而,可调谐半导体激光器造价昂贵,大量使用不利于降低成本。本论文在总结前人工作的基础上,设计并实现了基于半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier,SOA)和可调谐法布里-珀罗滤波器(Tunable Fabry-Perot Filter,TFPF)的环形腔可调谐多波长光纤激光器。该激光器由SOA提供C带增益谱,将TFPF固定在高精度线性平移台上,通过控制平移台的线性移动来改变TFPF的腔长,从而实现多波长调谐。实验表明,该激光器可以稳定输出20个波长差连续可调的多波长光信号,各波长边模抑制比(Sideband-mode Suppression Ratio,SMSR)大于35 dB。将该激光器应用于工作在10 GHz,阵元间距为0.015 m的五阵元光控相控阵OCPA系统中,可实现最大50 ps的时延调谐量。通过天线方向图仿真可知,由该激光器提供光源的OTTD系统可以完成天线波束80°范围内的扫描。高精度平移台的使用使最小时延调谐量远小于1 ps,使天线信号的指向性更加精确。

关键词：多波长激光器光控相控阵法布里-珀罗滤波器半导体光放大器线性啁啾光纤光栅

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光纤光栅温度和应变测量技术研究

光纤光栅温度和应变测量技术研究

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作者：郭炜华北电力大学（河北）

学位级别：硕士

本文综述了光纤布拉格光栅（FBG）传感技术的研究现状;研究了FBG中心波长与温度、轴向应变和横向压力的依赖关系;设计了基于法布里-珀罗滤波器的FBG传感系统;设计了FBG传感器阵列,并通过理论计算和波长编码实现了FBG阵列的寻址;在设计... 详细信息

本文综述了光纤布拉格光栅（FBG）传感技术的研究现状;研究了FBG中心波长与温度、轴向应变和横向压力的依赖关系;设计了基于法布里-珀罗滤波器的FBG传感系统;设计了FBG传感器阵列,并通过理论计算和波长编码实现了FBG阵列的寻址;在设计光缆余长卷轴和光缆固定环的基础上,提出了光缆入海工程结构。搭建实验系统,分别测量了FBG的温度和应变传感特性。实验结果表明,FBG中心波长与温度和应变之间具有良好的线性关系和重复性;在-6～40℃范围内,黄铜封装后的FBG温度灵敏度为40.286 pm/℃,较封装前提高约3倍;在0~ 700με范围内,封装后的应变灵敏度为0. 789pm /με,较封装前略有降低;FBG传感阵列反射谱无串扰,性能良好。

关键词：光纤布拉格光栅温度应变法布里-珀罗滤波器海洋监测

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基于嵌入式技术的分布式光纤光栅解调系统研究与实现

基于嵌入式技术的分布式光纤光栅解调系统研究与实现

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作者：任黎科武汉理工大学

学位级别：硕士

光纤布喇格光栅(FBG:Fiber Bragg Grating)传感器传感器自发明以来,已走过了原理性研究和实验论证阶段,广泛应用于结构健康检测、智能材料、电力工业、医药和化工等众多领域。如何检测光栅布喇格波长微小偏移是FBG传感器实用化所面临的... 详细信息

光纤布喇格光栅(FBG:Fiber Bragg Grating)传感器传感器自发明以来,已走过了原理性研究和实验论证阶段,广泛应用于结构健康检测、智能材料、电力工业、医药和化工等众多领域。如何检测光栅布喇格波长微小偏移是FBG传感器实用化所面临的关键问题。对于微小波长变化,虽然高分辨率光纤光谱分析仪可以分辨,但这类高档实验室设备价格昂贵,体积庞大,检测速度慢,操作复杂,不适宜现场或工程应用,且不能直接获得各种应用需要的参量或输出形式。光纤光栅传感解调技术已成为限制光纤光栅传感器应用的最主要障碍,也是光纤光栅传感技术中重要研究方向和亟待解决的关键问题之一。论文在武汉理工大学光纤传感技术中心前期工作和技术支持基础上,以桥梁健康状况监测为应用背景,研究了具有分布式、多通道、多点、高速特点的,基于嵌入式技术的光纤布拉格光栅解调系统的关键技术。主要包括以下几个方面: 1.研究了光纤布喇格光栅的传感原理,分析了光纤光栅的温度、应变及压力传感特性以及交叉敏感问题;分析了几种分布式FBG传感解调系统,并详细研究了可调谐法布里-珀罗滤波扫拙法;介绍了国外几种有代表性的光纤光栅传感解调器产品。 2.根据桥梁健康状况监测系统的分布式检测要求提出了“嵌入式系统+PC机”的分布式设计方案,嵌入式系统采用“ARM7+SoC单片机”的双处理核心结构,实现高速信号采集和预处理。 3.采用uC/OS+LwIP的嵌入式系统平台,并在本实验室自行设计的开发板上进行了系统移植,设计了网卡、SIO、UART等驱动程序。 4.设计了嵌入式系统中关键功能模块、解调算法,以及系统各模块间的通信协议,实现了基于嵌入式技术的分布式FBG传感器解调系统。 5.设计开发了上位PC机端监控服务软件,具有远程监控、数据存储、实时监测等功能。 6.进行了系统测试,结果表明系统能在250Hz扫描频率下同时测量多达180个FBG传感器,测量分辨率达到1pm,基本达到预期设计目标。

关键词：光纤布喇格光栅法布里-珀罗滤波器信号解调嵌入式系统 ARM

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基于磁光光纤布拉格光栅的全光时钟再生研究

基于磁光光纤布拉格光栅的全光时钟再生研究

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作者：刘晓电子科技大学

学位级别：硕士

全光3R(Re-amplifying,Re-shaping,Re-timing)技术可以用来克服信号传输过程中由于衰减、噪声、串扰和非线性积累引起的信号恶化问题。全光3R中的关键技术是全光时钟提取,同时它也是全光网的关键环节,对实现光网络的级联尤为重要。本文... 详细信息

全光3R(Re-amplifying,Re-shaping,Re-timing)技术可以用来克服信号传输过程中由于衰减、噪声、串扰和非线性积累引起的信号恶化问题。全光3R中的关键技术是全光时钟提取,同时它也是全光网的关键环节,对实现光网络的级联尤为重要。本文利用耦合模理论研究磁光光纤布拉格光栅的主要特性,并在Optisystem6.0平台中实现全光时钟再生仿真。主要工作内容与创新点有: 1.根据磁光光纤布拉格光栅的理论模型研究了它的传输特性。研究发现磁光光纤布拉格光栅受外界磁场的影响时,会在布拉格波长两边出现一对半透带,并且在半透带边沿产生一对尖锐谱线。利用该尖锐谱线可以实现磁光光纤布拉格光栅的带通滤波。此特性可以运用于全光时钟分量的提取。 2.利用仿真软件Optisystem6.0实现40 Gbps全光时钟再生的仿真。在Optisystem6.0软件中用Matlab元件库实现磁光光纤布拉格光栅的滤波功能,并结合法布里-珀罗滤波器和半导体光放大器构成全光时钟再生的仿真系统,并比较是否采用磁光光线布拉格光栅滤波器的两种情况时钟提取质量的变化。仿真结果显示,所设计的基于磁光光纤布拉格光栅滤波器的时钟再生仿真平台可以恢复出较高质量的时钟信号,同时模拟了法布里-珀罗滤波器不同精细度对全光时钟提取的影响,为今后的实验奠定了一定的基础。

关键词：磁光光纤布拉格光栅全光时钟提取光子带隙法布里-珀罗滤波器 Optisystem6.0仿真

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