基于Sagnac/双Mach-Zehnder原理的分布式光纤传感系统的偏振态分析

运用琼斯矩阵分析法,建立了该分布式传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型.仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响,并提出了利用偏振控制器对输入偏振态进行控制,从而改善干涉信号输出的方法.     

准二能级阈值泵浦光纤激光器的理论分析

 根据含损耗系数的稳态速率方程组，对掺准二能级稀土粒子光纤激光器的泵浦阈值进行了分析和完全解析求解。求得了泵浦阈值功率的显函数解析式，得到了泵浦光阈值功率随光纤位置变化的隐函数表达式，以及信号光功率和上能级粒子数随光纤位置变化的解析表达式。对所得的解进行了数值分析，并与已有的理论和实验结果进行了比较分析。结果表明：由于忽略了信号光和泵浦光损耗系数，不同近似条件下给出的泵浦阈值功率均比实验值低，但所导出的理论研究结果与已有实验结果的差异最小。     

单载流子传输光敏晶体管小信号等效电路模型的建立与分析

建立了单载流子传输双异质结光敏晶体管的小信号等效电路模型.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管光生电流的产生机制,并将其作为基极电流的一部分,引入到小信号等效电路中.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管中单载流子传输的输运方式对光跨导、发射结电阻、发射结结电容和集电结结电容的影响.基于所建模型,研究了InP基单载流子传输双异质结光敏晶体管的光特征频率和光电流增益受光窗口面积和入射光功率的影响.结果表明,在同样入射光功率下,存在一个最佳的光窗口面积使得光特征频率获得最大值,最佳光窗口面积随入射光功率的增加在一定面积范围内发生偏移.在固定光窗口面积(8×8μm2)条件下,随着输入光功率的增加,光特征频率先增大后减小,在280μW时达到最高值150GHz,光短路电流增益也随着光功率的增加而逐渐增加,在入射光功率750μW时达到饱和,饱和增益为82dB.     

弱耦合多芯光纤芯间串扰分布特性

基于功率耦合理论,对多芯干涉弱耦合多芯光纤(MCF)传输系统的光信号功率和芯间串扰(ICXT)特性进行了详细的研究,推导出相应条件下光信号功率及ICXT的解析表达式。研究发现,经过长距离的纵向传输之后,各纤芯中的光信号功率都将达到一个动态平衡的状态,并且提出了动态平衡归一化功率的计算公式。在多芯干涉MCF传输系统中,不同入射纤芯对耦合纤芯串扰的贡献是不相关的,耦合纤芯中ICXT的分布可以看成是多个双芯单输入ICXT分布的累加。基于串扰分布累加的特性,得到了多个经推广后的串扰评估数学模型,完善了多芯干涉情况下ICXT的分析理论,这可为该情形提供良好的理论分析工具。     

距离选通成像系统分辨力模拟测试装置的设计

距离选通成像系统采用的是脉冲激光主动照明与ICCD选通技术相结合的方法。为了在室内模拟测试在一定大气条件下距离选通成像系统的分辨力,设计了一套模拟测试装置。以辐射传输理论为基础,建立了大气距离选通成像系统后向散射光和信号光的模型。该模型给出了后向散射光和信号光在光电阴极面上照度随时间的变化规律。采用两个模拟光源,分别模拟了信号光和后向散射光。采用阴极面等效辐射照度法,给出了模拟光源功率的方法。以S 20光电阴极的像增强器与CCD的耦合为例,计算了模拟光源的功率。     

半导体光放大器非线性失真特性实验研究

对半导体光放大器（SOA）用于1 310 nm残留边带幅度调制（AM-VSB）视频光信号放大时的非线性失真特性进行了实验研究.分析了非线性失真机理.给出了当输入光信号波长位于SOA增益谱下降沿且输入光信号功率较大时,SOA所引入的非线性失真主要由其增益随输入光信号功率变化而波动所造成的结论和对应表达式.提出了减小非线性失真的方法.设计了适合于AM-VSB视频光信号放大的SOA并用于有线电视（CATV）系统实验.研究结果表明,在300 mA的工作电流下,SOA在载频647.25 MHz处引入的组合二阶互调失真（CSO）在－42 dB～－38 dB之间,并随输入光信号功率的增加而变大.     

硅波导受激喇曼散射放大信号光的数值模拟

提出了用连续泵浦光在硅波导中的受激喇曼散射对信号光进行放大的方法.建立了信号光和泵浦光在硅波导中传输的耦合方程,得到了计算信号光增益的理论模型.利用数值模拟结果,对泵浦功率沿波导的分布,信号光在不同波导长度以及输入功率情况下的增益等进行了分析和讨论.结果表明,适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论.     

光子晶体光纤中基于受激布里渊散射实现快光的数值模拟研究

为了了解基于光纤受激布里渊散射快光传输系统的一些外在因素对受激布里渊散射快光传输的影响,对该传输过程进行了研究。首先,根据受激布里渊散射过程的"三波耦合方程"进行了理论改进,然后选定了3种光子晶体光纤作为传输介质,通过对比,选出一种光子晶体光纤RB65进行具体分析研究。通过求解"三波耦合方程",对快光受激布里渊散射过程进行了模拟分析,探讨了光纤长度、探测信号脉冲宽度和输入信号功率对传输的影响。结果表明,在保证信号失真相对较小的情况下,取40 m长度光纤、140 ns信号脉宽和174 m W输入信号功率时的快光提前效率最高。     

阵列波导光栅梳状带通滤波器的传输效率

在光波导模场分布高斯近似条件下,根据星形光波导耦合器的耦合特性,推导出了基于累加运算和卷积运算近似表达的阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率的函数表达式。给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率曲线的半最大值全宽度和阵列波导光栅梳状带通滤波器的通道中心波长的光谱响应度与器件参数的关系。在输入信号光谱分布高斯近似条件下,给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道传输效率的计算表达式和输入信号光谱宽度对阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道输出特性的影响。给出了物理意义明确的函数表达式,它们可为快速分析阵列波导光栅梳状带通滤波器的特性提供理论基础。     

随机共振系统输入阈值的频率特性

通过对双稳态系统和Ｈｉｎｄｍａｒｓｈ-Ｒｏｓｅ神经元输入信号阈值的频率特性进行数值计算，分别研究了非自激和可自激随机共振系统输入阈值随信号频率的依赖关系，提出了确定非自激系统阈值的频率特性的解析方法；指出了可自激系统阈值的频率特性可能在某些频区出现反常极小现象，并对产生这一现象的物理原因进行了理论分析． 关键词：     

单模光纤中受激拉曼散射的阈值特性研究

理论分析并仿真了单模光纤中前向和后向拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率的变化规律,发现其具有明显的阈值特性。由此提出了一种新的单模光纤拉曼阈值的定义,将拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率变化曲线的二阶微分的最大值对应的输入抽运光功率定义为单模光纤拉曼阈值,还给出了与之相应的单模光纤拉曼阈值的测量方法,通过对单模光纤拉曼阈值随单模光纤特征参数的变化规律进行仿真和拟合,分别获得了单模光纤中前向和后向拉曼阈值方程。搭建了实验平台,采用脉冲光抽运,对长度为24km的单模光纤中前向和后向受激拉曼散射的阈值特性进行了实验验证,结果表明,实验结果与理论分析和仿真结果相符合,验证了所提出的阈值定义和测量方法的有效性,实验中还发现,在不同的光纤特征参数下,单模光纤后向拉曼散射阈值比前向时平均提高了24.9%,与理论仿真结果的25.3%相符合,表明单模光纤中前向受激拉曼散射更容易产生。     

量子点半导体光放大器波长转换的Q因子特性

为了改善全光波长转换器的转换性能进而提高输出信号质量,研究了波长转换器的Q因子特性。采用牛顿迭代法和四阶龙格库塔法解光场传输方程和跃迁速率方程,分析了输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度4个因素对全光波长转换器的Q因子特性的影响,并将得到的结果与相同条件下的输出消光比比较。结果表明:增大输入信号光功率,Q因子先增大后减小,并且在-12 d Bm时取得最大值8.819 d B;Q因子随着脉冲宽度的增加而不断下降;增大最大模式增益和有源区长度,Q因子增大。在实现波长转换的基础上,优化各参数数值,得到的Q因子达到16.680 d B,输出信号质量较好。要同时获得高的消光比和Q因子,提高输出信号的质量,必须选取适当的输入信号光功率、脉冲宽度、最大模式增益和有源区长度。     

光脉冲在标准单模光纤中演化形成孤子的实验研究

利用二次谐波频率分辨光学门脉冲分析仪从实验上分析研究了具有啁啾的10 GHz光脉冲在不同输入功率下演化形成孤子的规律和特点。实验发现:输入脉冲在光纤中传输3.5个色散长度时,其时间宽度、频率啁啾和时间带宽积都随着输入功率的增加而减小。当输入功率大于一阶孤子功率的理论值时,光脉冲能够演化形成孤子;脉冲在随后传输过程中其宽度基本保持不变,波形、频率啁啾和时间带宽积仍随着传输距离的变化而变化;输入功率越高,形成的一阶孤子脉冲的宽度越窄。当输入功率小于一阶孤子功率的理论值时,输出脉冲的时间宽度随着传输距离的增加而增加,频率啁啾随着传输距离的增加而减小,光脉冲不能演化形成孤子。     

N信道高密度波分复石英光纤传输系统中受激喇曼散射产生的串话

本文利用前向稳态ＳＲＳ耦合波理论，给出Ｎ信道ＤＷＤＷ石英光纤传输系统中各信道光的喇曼串话的解析表达式。同时给出估算系统极限参数的普遍表达式。这些结果适用于具有任意初始光功率、任意信道总数和任意信道间隔的系统。最后应用以上结果计算ＤＷＤＭ石英光纤传输系统的极限参数。     

基于太阳能电池板的无线光通信与传能复合系统实验研究

为明确光载波无线传输系统中,复合传输相比单独传输的优越性,实验对比了单独传能、单独通信、复合传输三种结构在传输距离为0.1m、接收的光功率估值为3.5mW、光通信速率为1kbps时的输出特性.结果表明,单独传能系统在与电感串联的负载为4kΩ时,电池板输出最大功率为1.82mW,复合传输系统在与电感串联的负载为5kΩ时,电池板输出最大功率为2.1 mW,比单独传能系统高出15%;与电容串联的负载较低时复合传输系统输出信号波形发生畸变,优化负载后波形得以改善,相同条件下幅值比单独通信系统高出1.52V.     

高非线性光纤中受激布里渊散射快光提前及脉冲形变

基于受激布里渊散射三波耦合方程组,应用小信号分析,研究了高非线性光纤的信号光脉冲提前及形变。结果表明,光纤中信号光脉冲的时间提前量在一定范围内随着输入信号光功率和传输距离的增长而近似线性增长,同时脉冲压缩程度加强;在相同条件下,非线性光纤比普通单模光纤的时间提前量更大,在50 m长的高非线性光纤中,信号光能量在50 m W时实现了203 ns的时间提前量和较小的脉冲形变。高非线性光纤的快光提前效率显著提高,脉冲形变显著减小。研究结果对快光的实现和应用具有参考意义。     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

中红外连续波单谐振光学参量振荡器热致相位失配

为了研究热致相位失配对中红外连续波单谐振光学参量振荡器(CW-SRO)输出效率的影响, 结合CW-SRO计算模型和热传导方程,利用有限元分析方法,重点对输出3.3 m波长闲频光的CW-SRO进行了分析。计算了不同信号光输出耦合率及不同泵浦功率下CW-SRO晶体输出截面上热致相位失配量的分布。由计算结果可以看出:晶体吸收腔中振荡信号光是导致晶体热效应的主要因素;在相同的输入条件下,泵浦功率在30 W以上时CW-SRO的热致相位失配将会大大降低其泵浦损耗率;通过增加信号光输出耦合率的方法,可以减少热致相位失配对CW-SRO输出效率的影响,但CW-SRO的振荡阈值会增加。     

大功率激光单模光纤远距离传输的注入光纤光功率限值分析

对于大功率激光单模光纤远距离传输, 采用传统的受激拉曼散射(SRS)阈值作为注入光纤激光功率值取值过大。本文对单模光纤远距离传输过程中泵浦光和拉曼斯托克斯光(Stokes)光功率随注入光纤激光功率的变化进行仿真与理论分析。根据光纤中SRS产生的机理, 提出以拉曼Stokes光在单模光纤中传输的光功率变化曲线曲率极大值点对应的注入激光功率为限值, 对注入单模光纤光功率限值随着光纤长度变化进行仿真, 通过曲线拟合得出注入单模光纤激光功率限值公式, 并搭建实验系统进行验证。结果表明, 提出的注入单模光纤激光功率限值适用于大功率激光远距离单模光纤传输。     

双向掺铒光纤放大器的特性分析

讨论了双向掺铒光纤放大器的结构方案,利用考虑放大的自发辐和北员耗影响的双向掺铒光纤放大器稳态放大速率方程模型分析的增益与掺铒光纤长度、输入信号光功率、帛运光功率及抽运方式等参数之间的关系,研究了单向和双向等功率抽运下正反向噪声系数随正反向信号光输入功率的变化行为。