基于双平行马赫-曾德尔调制器和平衡光电探测器的四倍频可调对称三角形函数波形信号发生器

提出并研究了一种基于双平行马赫-曾德尔调制和平衡光探测的四倍频可调对称三角形函数波形信号发生器.将调制非线性和多参量调控应用到可调对称三角形波形信号的产生中,可实现四倍频信号输出.通过调整调制系数β和时延量τ,可实现光电流表达式向目标函数波形微波信号傅里叶展开式前三项的近似表征,最后得到四倍于射频调制频率的周期性三角形波形信号.结合仿真研究,实现了5 GHz射频调制频率下,20 GHz 三角形波形信号的输出,通过引入拟合误差对所获得的时域波形进行误差估计,所提出的发生器可实现对称系数20％到80％之间的波形输出,且可保证拟合误差小于8％.     

外力作用下熊猫型保偏光纤应力双折射分析

根据光弹性理论，列出熊猫型保偏光纤内的应力方程。由于保偏光纤具有轴对称性，故可以在分析过程中略去应力的轴向分量。利用傅里叶级数展开法分析了仅存在固有热应力时熊猫型保偏光纤内的应力分布，并进一步分析了外力作用下熊猫型保偏光纤的应力分布及应力双折射随应力分布所发生的变化。利用MATLAB进行了数值模拟，给出应力双折射量B随外力的变化曲线，并讨论了随应力区参数的增大，双折射量B先减小后增大的性质。     

基于新型偏振稳定毫米波发生器的光载无线通信下行链路

为了降低ROF系统成本,增加传输距离,提高系统性能, 提出了一种基于新型偏振稳定毫米波发生器的光载无线通信下行链路传输系统.与传统ROF系统相比, 该系统利用保偏光纤光栅选频产生的两个偏振稳定激光信号拍频产生毫米波, 易于实现并降低了功率噪声对系统的影响.仿真分析了该系统中环形激光器强度、谱线宽度、保偏光纤光栅反射谱特性对毫米波性能的影响;分析了系统中保偏光纤光栅的群时延、长度、色散,双波长激光信号脉冲包络宽度、啁啾系数对毫米波频率的影响.优化保偏光纤参数, 差频产生60 GHz的毫米波信号,并分析该毫米波信号在ROF下行链路的传输性能,结果表明该毫米波 作为副载波调制到光波上从中心站传输80 km至基站后经天线发射至用户端,解调仍然得到很好的眼图, 充分证明了本方案的优越性能.     

非正弦波长调制的洛伦兹线型的傅里叶分析

在各种波长调制光谱理论中,波长调制函数的形式一般是随时间变化的正弦函数,而在实际应用中,标准的正弦函数信号容易混入高次谐频而失真,从而给系统引入误差。理论研究了当正弦波长调制函数中混入二倍频项时洛伦兹线型的傅里叶级数,推导了该条件下洛伦兹线型的N阶傅里叶系数的表达式。表达式中引入了谐波失真度参数K以表示二次倍频分量与基频的比值,并针对K0.01与K0.01情况分别作了数值仿真,仿真结果表明:当K小于0.01时,正弦调制函数的谐波失真带来的影响可以忽略,当K接近或高于0.1时,则会导致洛伦兹线型傅里叶级数幅度曲线中心点偏离原点,并且谐波曲线的阶次越高,或谐波失真度越大,曲线的偏离程度越严重。另外,仿真了在K大于0.01时,不同的调制度对奇数和偶数阶谐波幅度曲线的影响,结果表明存在一个最佳的调制度可以使谐波失真对正弦波长调制的影响最小。结果有利于加深对波长调制光谱的认识,对激光稳频技术也有重要的参考作用。     

基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术

首次提出了一种基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术, 利用保偏光纤光栅选频产生两个偏振稳定的激光信号, 采用扰偏器确保激光输出的两个正交偏振态功率的一致性, 最后输入高速光电探测器产生微波/毫米波. 通过对保偏光纤光栅施加不同大小的侧向应力, 可以灵活调谐输出的毫米波频率. 实验制作了基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调 谐微波/毫米波产生装置, 通过对保偏光纤光栅施加不同的轴向拉力分别产生了20.407 和22.050 GHz的微波信号. 仿真产生了60 GHz的毫米波信号, 并分析该毫米波在光纤无线通信下行链路的传输性能, 结果表明该毫米波作为副载波调制到光波上从中心站传输80 km至基站后经天线发射至用户端, 解调后仍然得到很好的眼图, 充分证明了本方案的优越传输性能.     

双折射晶体时域电光综合器

提出了一种利用电光双折射网络实现的光波波形综合器。该综合器由偏振器、多块具有电光效应的双折射晶体和补偿器组成,输入余弦信号,组成一多级电光双折射网络。利用琼斯理论对该综合器进行了理论分析,根据扩展傅里叶级数系数正向对比法,实现了其他类型的周期性时域波形。给出一类三元综合器的分析与设计方法,得到合成矩形波与三角波所需的多组结构参量,并对输入信号误差及方位角误差对波形的影响进行了分析。     

保偏光纤中相近频率传输区域的调制不稳定性

利用激光脉冲在光纤中传播时所遵守的相干非线性薛定谔耦合方程,研究了保偏光纤中两相近频率的线偏振光，其偏振方向相互正交且平行于光纤的双折射轴，且偏振方向沿两个双折射轴的分量强度相等时，在同为反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性.结果表明在反常色散区和正常色散区都能产生调制不稳定性；在正常色散区存在不同的调制不稳定性功率区域，对应不同的功率区域，导致增益谱表现出明显的不同，并且当输入功率一定时，波长差(或频率差)的变化导致增益谱的变化. 关键词： 相近频率传输区域 双折射 保偏光纤 调制不稳定性     

基于LabVIEW和ElvisⅡ的慢光效应新型实验系统

目前,慢光和超光速的研究很热,并且取得了很大的进展,但有关光速的连续可调方面的研究并不成熟.为改变现状,利用CPO技术,设计了一个新型的光速连续可调实验系统,在掺饵光纤中实现光速的可调性.利用ELVISⅡ产生信号发射源,借助于LabVIEW开发工具对发射模块进行调制,产生实验所需的光信号,经过掺饵光纤传输至接收端,上位机通过LabVIEW进行编程,对接受信号的波形和时延进行分析处理并在上位机实时显示监视.通过测试及分析,结果显示整个系统运行良好、稳定,光速连续可调.     

利用超格子模型对布拉格光纤的研究

为了研究布拉格光纤的模式特征和传输特性,提出了超格子模型,利用傅里叶级数表示光纤横向折射率分布,利用平面波展开法分析布拉格光纤的能带结构,基于厄米-主斯函数的局域正交函数展开法,从全矢量耦合波动方程出发,得到关于模式传播常量和电场展开系数的本征方程,从而分析布拉格光纤的模式特征。以高折射率芯布拉格光纤为例,实现了该算法,得到基模与二次模的横向电场分布、基模色散曲线和模式双折射。基模的模式双折射可用于衡量算法的精度,结果表明该算法精度较高。超格子模型不仅可以用于研究高折射率芯布拉格光纤,而且同样可以研究低折射率区域导光的布拉格光纤。     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

基于LabVIEW和FPGA的慢光效应实验系统

利用CPO技术设计了在掺铒光纤中实现光速的连续可调的实验.实验系统中利用LabVIEW和FPGA设计的信号发生器对激光信号进行内调制,信号经过掺铒光纤由数据采集卡传递到上位机,利用LabVIEW进行分析和处理.该系统可以简化数据分析过程,实现人机交互,便于实时监测分析.     

基于光纤的新型矢量和微波光子移相器

针对相控阵天线中基于光纤的微波光子移相器原理进行研究,并在此基础上设计了新型方案,通过引入可调分光器和保偏光纤来精确控制相移,降低了移相器的复杂性和相干干涉损耗,增强了移相器的可控性。研究了分光系数和频率对信号相位和幅度的影响,实现了超过140的移相,并可通过功率放大器来补偿信号幅度损失     

高数值孔径双芯光纤的双折射研究

具体分析了具有高数值孔径的双芯光纤的双折射特性。首先利用超格子正交函数法和耦合模理论分析了双芯光纤的几何双折射,并将两种方法计算的几何双折射进行了比较分析。数值计算结果表明双芯光纤在两纤芯非常接近的情况下,几何双折射仍较小,只能到10-5量级。利用超格子正交函数法计算了双椭圆芯光纤的双折射,改变结构参量可使几何双折射达到10-4量级。高的数值孔径需要高的掺锗量,理论上分析了高数值孔径时双芯光纤功率集中区域的应力双折射,应力双折射接近10-4量级。设计制作出了具有良好保偏性能的双芯掺铒光纤,测试、分析了它的几何参量和折射率分布;双芯光纤双折射系数达到了8.4×10-5。双芯掺铒光纤可以作为保偏掺铒光纤,应用到制作具有稳定的单一偏振态输出的光纤激光器。     

基于二阶保偏光纤Sagnac环光纤激光器的振动检测研究

提出了一种可用于振动检测的新型光纤光栅传感技术. 用偏振控制器和高双折射保偏光纤构建成Sagnac环, 结合掺铒光纤、单模光纤和隔离器, 形成了单波长光纤激光器, 由粘有光纤Bragg光栅的悬臂梁作为传感探头, 并利用Sagnac环本身的线性边缘, 解调振动信号. 阐述了Sagnac环原理及其产生的边缘效应, 并进行了数值模拟计算, 对振动信号进行了检测实验, 检测系统从L₁到L₁+L₂之间对应的周期可调, 灵敏度高达38.2 μ W/nm, 线性度为0.9996, 动态范围在40–70 dB, 可满足振动传感检测的技术参数要求. 关键词： 光纤光学 振动检测 保偏光纤Sagnac环 光纤激光器     

双折射滤波器光谱透射率函数的平坦化优化计算

对于双折射偏振光干涉滤波器，提出了一种产生平坦化光谱透射率函数的傅里叶级数对比的搜索方法，可在较大的通带和阻带范围内寻找到抖动很小时的所有可能的晶体偏转角度的数值解。给出了三块双折射晶体结构的抖动不大于0．1％时的晶体偏转角度的数值解，讨论了晶体偏角和厚度的变化对透射率函数波形的影响。     

波长间隔可调的可开关双波长掺铒光纤激光器

对两种波长间隔可调的可开关双波长掺铒光纤激光器结构进行了实验研究。一种结构应用保偏光纤中布拉格光栅作为波长选择器件，另一种结构则利用侧向压力下的常规单模光纤光栅作为波长选择器件。两种结构均利用了光纤光栅的双折射特性。在室温下，通过调整偏振控制器的状态可使两激光器工作在稳定的双波长状态或在两单波长之间转换。通过改变加在光纤光栅上侧向应力的大小和方向，可有效控制双波长激射的波长间隔。     

交调失真影响下星间微波光子链路接收灵敏度优化

高输入信号功率时的交调失真是降低星间微波光子链路接收灵敏度的主要因素。考虑输入N路四相相移键控(QPSK)调制信号的情形,建立了强度调制/直接检测(IM/DD)星间微波光子链路模型。利用傅里叶级数展开、傅里叶变换/逆傅里叶变换和Graf加法定理,推导出了接收信号任意谐波和交调分量的解析表达式,在确定三阶交调失真个数的基础上,得到了接收光功率与信号噪声失真比(SNDR)之间的关系。着重分析了不同调制方式下链路接收灵敏度与信道数和调制系数之间的关系。当调制系数较小时,接收灵敏度对信道数变化不敏感。随着调制系数的增大,接收灵敏度先增大后减小,存在最佳的调制系数可以使链路接收灵敏度最高。     

多叶应力区扭转光纤的耦合模理论

从线性极化模的耦合模理论出发,分析了双叶应力区扭转光纤,即扭转保偏光纤,和四叶应力区扭转光纤.推导应力引起的在光纤芯区各向异性的介质张量表达式;利用该表达式得到线性极化模在有转角时的多叶应力区光纤中传输的耦合模方程;从而推得多叶应力区扭转光纤中的超本地模,由超本地模的相位常数来确定该光纤的双折射.在双叶、四叶应力区理想对称的条件下,前者可以得到较高的椭圆双折射,而后者则无任何双折射.同样的结论可推广到8叶或16叶的扭转光纤,都无任何双折射.     

偏振模色散模拟器的特性

通过对微分群时延差(DGD)统计特性和偏振模色散(PMD)矢量自相关函数的数值模拟，分析比较了目前常用的三种PMD模拟器的性能. 结果表明：在DGD分布方面，由DGD发生器构成的模拟器，一个DGD发生器就可与实际光纤PMD的统计特性相符合，而由保偏光纤和可旋转的连接器构成的模拟器则至少需要15段. 在自相关函数方面，基于保偏光纤的模拟器取决于各段光纤的延时量，而基于DGD发生器的模拟器在中心频带外的自相关值很平稳，可视为常数. 关键词： 光纤通信 偏振模色散 偏振模色散模拟器 自相关函数     

基于偏振延时干涉的瞬时频率测量系统的分析与优化

提出了一种基于偏振延时干涉的瞬时频率测量(IFM)系统.通过检测两路正交偏振信号的光功率,建立了振幅比较函数(ACF).计算结果表明,ACF仅与待测微波信号频率以及利用保偏光纤(PMF)双折射效应引入的时延差有关,并且调节时延差可实现ACF测量范围及精度的可调谐.仿真结果表明,频率范围为0～25 GHz的IFM系统的绝对误差容限为300 MHz.此外,讨论了激光器波长漂移、射频信号强度、马赫-曾德尔调制器(MZM)的偏置电压漂移、MZM消光比、偏振控制器2(PC2)偏振角漂移对系统测量频率的影响.与同类方法相比,所提方案中采用了PMF和偏振分束一体化结构,在实现频率范围可调的同时,简化了系统结构并降低了成本.