光通信中的主流光电探测器研究

对光通信系统解复用接收部分中的关键器件——主流光电探测器进行综合比较、优缺点分析与展望.分别对PIN光电探测器,普通雪崩二极管,超晶格雪崩二极管,波导型光电探测器,振腔增强型光电探测器,金属-半导体-金属光电探测器的原理和特点做了简要概括,并做系统比较,最后对光电探测器发展前景进行展望.

基于虚像相位阵列的二维光谱映射

基于虚像相位阵列的二维光谱映射在研制高分辨率和高信噪比的光学滤波器、实现复杂的二维光谱处理以及光谱成像等研究领域具有广泛的应用前景。论文通过理论分析和数值仿真研究了虚像相位阵列的基本理论和二维光谱映射的特性。通过实验实现了光谱在二维平面上的成像。首次结合衍射级次和损耗对虚像相位阵列的入射条件进行了系统地分析,并讨论了其光谱分辨率和进行光谱成像时的空间分辨率。

基于二次外差法的八倍频毫米波光子发生器特性

研究了一种基于二次外差法的八倍频毫米波光子发生器.该方案将二次外差法的相关原理应用到倍频式毫米波光子发生器的研究中.利用两次拍频,抵消两个独立激光器各自的相位噪声,得到了频率八倍于射频本振频率的射频毫米波信号.理论推导了毫米波产生的原理,讨论了影响射频功率代价的激光器相位噪声、光纤色散和光链路的延时失配问题,在此基础上进行了仿真模拟验证了光子发生器的工作原理及在模拟光链路中的应用.

干涉型光纤传感器相位载波解调技术研究

相位载波解调技术是用于光纤传感器中的一种重要的信号解调技术。简要说明了Mach-Zehnder干涉型光纤传感器的检测原理,对PGC解调算法进行了详细的理论分析,并用MATLAB搭建系统进行仿真,实现了传感信号的解调。对系统中的一些关键技术进行了讨论,重点分析了系统的动态范围上限,得到动态范围上限受低通滤波器、待测信号频率和载波频率的影响趋势,结论对于设计干涉型光纤传感系统有重要的理论指导意义和参考价值。

低弯曲损耗大模场面积多芯光纤的研究

针对19芯、37芯大模场光纤提出两种降低弯曲损耗的方法,一种方法是在芯区外引入一层空气孔,另外一种方法是在芯区外引入多包层低折射率结构。理论分析表明,多芯光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径,在大于临界半径的情况下,弯曲损耗基本不变,在小于临界半径的情况下,弯曲损耗急剧增大。引入空气孔后,当19、37芯光纤模场面积分别为516μm2和920μm2时,临界弯曲半径都从3.5 cm减小到4 mm。当引入包层数达三层以上时,多包层结构也可使19、37芯光纤的临界弯曲半径从3.5cm减小到4 mm。

虚像相位阵列的二维成像原理及其应用

虚像相位阵列(VIPA:virtually-imaged phased array)是一种具有大角度色散的光学器件,利用其大角色散的特性,可以用来制作高分辨率滤波器和色散补偿器。将虚像相位阵列和衍射光栅结合实现二维成像是光谱处理领域的重大进步。从二维成像原理出发,详细介绍其在研制高分辨率和高信噪比的光学滤波器、实现复杂的二维光谱处理以及光谱成像等研究领域的最新应用。

相位掩模版接缝相差对光栅反射峰的影响

电子束刻蚀啁啾相位掩模版采用的是分步啁啾的方法,而掩模版制造过程中分步之间的接缝误差是啁啾光纤光栅反射峰不平坦的一个重要因素。本文以不同分步步长,总长度140mm的相位掩模版为例,理论分析和比较了不同接缝误差对啁啾光纤光栅反射峰的影响。分析表明,最大相位误差为3°和7°时,光栅反射峰波动的统计平均分别为0.98%和2.31%。进行相关试验研究以上相位掩模版写入光栅的反射特性,得出结论与理论分析一致。

基于高阶累积量的数字信号调制识别

基于高阶累积量方法,对28种数字调制信号的识别进行了研究。调制信号包括MASK、MPSK、MQAM,以及性能优化的高阶APSK信号、二维最优星座图信号,并计算给出128APSK、256APSK的特征参数理论值。首先计算各信号的二至八阶累积量,提取6个特征参数;然后根据不同信号特征参数的差异设计分类决策树;针对MASK、MQAM、MAPSK识别过程中部分特征量随SNR呈一定斜率变化的现象,进行基于SNR训练的阈值优化,大幅提高识别性能。

宽带可调谐光纤光栅色散补偿器系统设计

文章提出一种在光纤光栅自身热膨胀效应产生啁啾的基础上,利用铝片热膨胀系数比较高的特点产生应力来增强光纤光栅啁啾,从而实现了宽带、大范围色散调谐的新型光纤光栅色散补偿器。该色散补偿器能够分别对群速度色散及中心波长独立调谐。实验结果表明,在中心波长为1 551.25nm处,能够实现>1.5nm的色散补偿带宽,-350～-690ps/nm的群时延色散调谐范围;在色散为-660ps/nm情况下,能够实现中心波长1nm的偏移。

无芯光纤干涉仪溶液浓度传感特性的理论和实验研究

无芯光纤(NCF)干涉仪以所处外部介质作为NCF段包层,对外界环境折射率变化极为敏感。本文对以NCF为基础构建的多模干涉仪(MMI)传输特性进行了详细的理论分析,并对其在丙三醇溶液中的浓度传感特性进行了实验研究。实验接入自制的长为4.4mm、直径为104μm的NCF,干涉仪单峰深度超过20dB,波形清晰,辨识度好。理论与实验的一致性说明,实验制作的MMI中,单模光纤(SMF)与NCF之间的渐变区域对干涉仪传输特性没有明显影响。在丙三醇水溶液质量分数由7%逐渐升高到70%的过程中,传输谱峰值波长移动范围达到26.5nm,峰值波长与溶液浓度的变化符合三次函数关系。研究表明,基于NCF的MMI对NCF外界溶液浓度变化能够做出连续实时的显著反应,并具有较高的分辨率。

一种覆盖全通信波段的新型宽带偏振无关双芯光纤定向耦合器的研究

提出了一种新型的双芯光子晶体光纤,应用全矢量有限元方法分析了光纤各种结构参数对光纤宽带特性和偏振无关特性的影响.在此基础上优化设计了一种50:50的双芯光子晶体光纤耦合器,在1.225—1.675μm波长范围内实现分光比小于1%、两偏振态之间的分光比差小于0.5%的优良特性.由于引入了仅对偏振特性影响明显的相对独立的中心调制区,不仅降低了光纤的优化设计难度,而且实现了与普通单模光纤相匹配的模场特性,能有效地降低耦合器的接续损耗与制作难度.研究成果为研制接续损耗低、超宽工作带宽、偏振不敏感等特性的新型光定向耦合器提供了理论基础.

啁啾光纤光栅波长路由光网络的组播功能实现

在基于光路交换的4节点16×10 Gbps双纤单向新型分布式全光自愈环网上,利用啁啾光纤光栅(CFBG)和环行器等无源器件实现了光层组播,避免了光/电/光转换。CFBG在网络中用于实现色散补偿、上下话路和波长路由。通过调节光栅的中心波长,分别完成对控制信息、组播业务信息的分别读取。整个网络不存在关键性节点,每个节点都可以作为组播业务的发起端和接收端。根据控制信息配置传输信道,提高了组播数据流的传输效率。研究结果表明,这种组播方式具有物理实现简单、安全性高、对组播数据速率和格式透明以及数据传输无阻塞等特点。

一种改进的基于前向调制技术生成60GHz毫米波方案

光载无线通信(ROF)技术是通信业宽带化和无线化的产物,该技术将光纤通信技术与毫米波通信技术进行融合,具有广阔的应用前景。目前世界众多国家在60GHz毫米波频段相继划出免许可连续频谱,这使得60GHz毫米波无线通信成为近距离无线通信领域的研究热点之一。为了降低ROF系统的成本,提高系统的性能,提出了一种改进的基于前向调制(FFM)技术生成60GHz毫米波方案,分析了系统各光电器件的工作原理,仿真了不同的参量设置对系统性能的影响曲线。该方案结合了前向调制技术和光波分复用技术的优点,简化了整个系统的复杂程度,降低了ROF系统的造价成本,同时减小了误码率,提高了系统的性能。

基于保偏掺铥光纤饱和吸收体的2μm波段超窄线宽光纤激光器

制作了一种单纵模超窄线宽环形腔掺铥光纤激光器,使用未抽运的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体,结合光纤光栅法布里-珀罗滤波器,实现了激光器的单纵模运转和超窄线宽输出。实验结果表明:激光器在室温下可以获得中心波长为1942.03nm、光信噪比为63dB的稳定输出。通过100min的连续测量,激光输出功率的波动小于0.62dB,中心波长的波动小于光谱仪的最小分辨率0.05nm,在一定时间内具有良好的稳定性。采用基于频率噪声的线宽测量方法测得0.01s测量时间下的线宽为300Hz,在0.1s测量时间下的线宽约为3kHz。所制作的激光器将在对2μm波段激光纵模及线宽特性有严格要求的领域具有重要应用价值。

石英基掺Yb^(3+)光纤中Al^(3+)共掺特性的研究

基于实验测试结果分析了用于大功率光纤激光器的石英基包层抽运掺Yb3+光纤中Al3+共掺的特性.揭示出在高掺Yb3+的石英基光纤中,共掺Al3+的摩尔浓度为Yb3+摩尔浓度的9—11倍时既可以减小Yb3+的浓度猝灭概率,又可以获得高吸收系数,同时还可更好地满足数值孔径的要求的结论.在此基础上利用MCVD设备并结合湿法掺杂工艺制作出多根石英基掺Yb3+光纤预制棒,对拉丝后光纤的相关参数测试表明,通过精确控制疏松层的沉积温度,掺Yb3+光纤在976nm波长的吸收系数可高达620dB/m,且重复性好.这一结论为共掺Al3+的掺Yb3+光纤制作提供了良好的借鉴作用.

石英基掺Tm^3＋包层抽运光纤激光器

在MCVD车床上利用"湿法"掺杂方法研制出纤芯高掺Ge的石英基掺Tm3+光纤预制棒,采用侧面研磨和抛光工艺制成横截面为正六边形的光纤预制棒.经拉丝,内层涂覆低折射率材料后制成包层抽运光纤.测试其吸收谱,并对光纤参数进行优化.通过在光纤两端紫外写入光纤Bragg光栅,制成线形光学谐振腔,在工作波长793 nm的激光抽运下,获得工作波长1947.1031 nm、功率2.05 W的激光输出.由此证明这种光纤具有优异的光学特性.

近椭圆内包层高双折射偏振稳定光子晶体光纤设计及特性分析

设计了一种新型近椭圆内包层（NEIC）结构的高双折射偏振保持光子晶体光纤（PCF）,并利用带有各向异性完全匹配层吸收边界条件的全矢量有限元法（FEM）对这种光纤的特性参数进行了数值分析.结果表明这种结构的光子晶体光纤在1.55μm的双折射系数高达2.0×10^-3,在长轴和短轴方向上的模场直径分别为9.2μm和2.4μm.同时当短轴方向最内层空气孔的孔径在1.30—1.18μm范围内变化时（孔径变化范围-10%）,其双折射系数的劣化小于1.2×10^-5,表明这种结构的偏振保持光子晶体光纤具有优异的偏振稳定性.

基于偏振保持掺Er^(3+)光纤的高稳定性单波长光纤激光器

研制出光敏偏振保持掺Er3+光纤,通过在这种光纤上紫外写入三个光纤光栅,形成对抽运激光高转化效率的谐振腔.在输出功率为23.617 dBm、工作波长为976 nm的激光抽运下,得到均值功率为9.20 dBm、均值中心波长为1554.554 nm的单波长激光输出.在室温下800 min(约13.3 h)的测量时间内,其输出功率的波动为±0.05 dB,中心工作波长的波动为±0.0015 nm.

一种新颖的取样光纤光栅振幅版的研制

提出了一种新颖的用于制作取样光纤光栅的取样振幅版的设计方案,其特点是具有渐变的取样周期和不变的占空比,利用这种振幅版可以简单灵活地制作出反射峰波长间隔不同的取样光栅梳状滤波器,有利于提高取样光栅的制作灵活性并降低成本.对这种方法可能存在的不足也进行了分析.利用制作出的取样光栅,基于全光纤结构实现了具有游标尺式波长调谐机理的可选波长光纤激光器.

具有大范围高分辨率线性响应特性的超短无芯光纤溶液折射率传感器

通过理论与实验对比,证明模式传输分析(MPA)方法求解单模-多模-单模(SMS)结构的可行性.以MPA理论为基础,提出了SMS结构折射率传感装置线性响应点的寻找方法.利用该方法为实验制作的无芯光纤SMS折射率传感器设计了大范围高分辨率线性响应位置,并在实验中获得证实.实验采用短至4.4mm的直径104μm无芯光纤,在折射率1.326—1.417范围上获得了19.10dB的功率线性变化,以商用光功率计0.01dB分辨率计,折合折射率分辨率4.76×105,实现了理论指导下的大范围高分辨率线性响应.