论文部分内容阅读
马赫曾德尔(MZ)干涉仪结构的波导型电光强度调制器具有调制速率高、传输损耗小、驱动电压低、调制频率啁啾小以及波长依赖性小等优点,逐渐成为当前光纤传感及通信系统中重要的高速调制器件,在密集波分复用、光脉冲调制以及布里渊分布式光纤传感系统等领域都发挥着不可替代的作用。然而,MZ型电光调制器存在工作点漂移问题,会对其工作性能造成严重影响,极大程度上制约着MZ型电光调制器的应用。为解决这一问题,推进MZ型电光调制器的工程实用化,论文提出并实验研究了多种工作点控制方案,实验验证了其对实际应用系统性能的改善。本论文的主要研究成果包括:(1)详细介绍了马赫曾德尔电光调制器及双平行马赫曾德尔调制器的工作原理及调制特性。理论分析了二者的移频特性,推导得出了调制产生的各阶光边带强度的表达式。总结探讨了造成MZ型电光调制器工作点漂移的主要因素及其对应用带来的影响。(2)针对马赫曾德尔电光调制器不同的应用场合研究了基于微扰一次谐波锁相及谐波与平均功率曲线比对的工作点控制方案,提出了基于谐波运算及调制信号二次谐波锁相的控制方案。分别搭建实验系统验证了各方案的可行性与可靠性,实现了传输曲线上Peak点、Null点、Quad?点及微波调制下任意工作点的自动控制,控制精度k?10 mV。(3)针对双平行马赫曾德尔电光调制器提出了基于分时循环控制方法的工作点控制系统,基于Labview平台自主编写了控制程序,通过引入微扰分时扫描各偏置端口,依次控制其内部三个MZ调制器的直流偏置,得到了边模抑制比大于25 dB的单边带信号。(4)将工作点控制分别应用在等幅光频梳产生、脉冲调制以及布里渊光时域分析仪(BOTDA)系统中,有效改善了各系统连续工作条件下的性能。通过计算仿真得出了在调制信号调制度为1.84时,马赫曾德尔调制器输出边模抑制比15dB、等频率间隔、至多五条等幅光频梳的结论,并应用自动控制,实验实现了稳定的五条等幅光频梳的输出,一小时内基频和一阶边带功率起伏的标准差分别为0.08 dB和0.11 dB,光频梳平坦度0.35 dB;在脉冲调制系统中,应用工作点控制得到了稳定的、高消光比的光脉冲,两小时内平均消光比23.22 d B,标准差0.39dB;在MZ电光调制器调制泵浦光、双平行MZ调制器移频探测光的BOTDA系统中,分析了工作点漂移对系统信号及布里渊增益谱的影响,实验证明了应用工作点控制能够有效提高系统连续工作条件下的信噪比、传感精度及传感距离。