论文部分内容阅读
光纤通信是以光波为载体进行信息传输的一种宽带通讯方式,近年来与之相关的各种技术研究发展十分迅速。DWDM光通讯系统中不同信道的光强如不平衡,可能造成某些通道的信噪比减小,增加误码,从而影响系统的高质量稳定运行。利用可变光衰减器(variable optical attenuator,VOA),可根据系统及用户需求,将光信号进行预期衰减,调节光通讯链路中各信道的光功率大小。VOA是目前光通信系统必须的一种重要无源器件,同时在光纤传感及光学测量系统等方面也有重要应用。
本文利用电控双折射液晶(ECB-LC)在不同电压下引起的折射率椭球变化,通过偏振干涉,实现对光功率的可控连续衰减。我们提出了一种VOA设计方案,充分考虑了器件稳定性、可扩展性、低耗能及低成本四要素。我们采用45度平行排列液晶盒,利用特殊设计的位相补偿波片,以及双折射晶体、全内反射镜等其他元件,从而可以实现紧凑的宽动态范围反射型光衰减。
为详细研究系统中入射光偏振态的复杂变化,我们采用了琼斯计算法。借助LabVIEW软件,研究液晶盒上所加电压不同时,液晶盒的位相延迟、每一元件处的光波偏振状态以及和VOA光衰减值的变化规律,从而可以使得我们对设计方案有更深入的认识。同时,我们还应用LabVIEW软件,对本实验中所使用的测试设备实现GPIB控制、DAQ数据采集,提高了实验测试数据的准确性。
目前,液晶主要应用于显示领域,应用于光通讯中光衰减器的研究与报道,在国内外并不属于主流。本文所设计的液晶光衰减器所需低频可调方波电压源,国内暂无公司制造。虽然信号发生器加放大器可以满足要求,但使用不便且价格昂贵。而且,要满足DWDM通讯系统的要求,经常需要同时驱动多个衰减器,还必须将单通道扩展成多通道。因此,针对本文所设计的液晶可调光衰减器,我们设计并制作了低成本的八通道专用驱动电源。
最终我们实现了一种基于液晶技术的反射型宽动态范围光衰减器。最大衰减值高达53dB,超出了一般商用器件的要求。同时我们还对其角度和波长的容忍性做了实验研究。结果表明,我们研制的VOA性能十分稳定可靠。
为进一步提高液晶响应速度,我们又研究了基于双频液晶的VOA过压驱动技术。低频转高压高频能使平行盒中的双频液晶分子由竖直状态快速变为平行初始状态。这就解决了通常液晶器件电场撤去时响应速度慢的弱点。结合低频时的过压驱动,采用计算机直接编程控制信号发生器,我们成功同时实现了双频液晶的加场和退场亚毫秒响应,显著地提升了器件的性能。此外,我们还对双频液晶在Cross Over频率附近的特殊微观织构进行了初步研究,得到了一些有趣的实验结果,有关的进一步理论和应用研究正在进行中。