高精度光纤延迟技术研究

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随着科技的发展,人们对光纤、光电子器件的技术应用越来越关注,这就导致了一门新兴学科的产生——微波光子学。这一学科把微波信号作为光信号进行处理。把微波信号进行光处理可以解决带宽小、速度慢、处理能力弱等问题,这是因为光子技术在大带宽、强并行处理、抗电磁干扰等方面的优势。本文研究的光纤延迟线就是微波光子学的主要研究内容。现今,光控相控阵雷达、卫星天线等领域都广泛使用光纤延迟线(Optical fiber delay line)进行处理,因为其具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。本文主要研究基于磁光开关的9-bit高精度光纤延迟线的设计和性能测试。  首先,介绍了光纤延迟线的原理,并分析了国内外发展情况。提出了一种便捷的高精度光纤延迟线制作方法,利用显微测量、光纤夹具微动控制和带有精密刻度的光纤夹具装置,实现光纤的精密切割。  其次,分析了微波光链路性能参数,建立了直接调制和外调制链路的增益、噪声系数以及动态范围的数学模型,并且通过理论模型分析了影响微波光链路性能参数的各种因素,包括光电及电光转换效率、光纤损耗、激光器的相对强度噪声以及信号的频率等。  再次,为了实现整个系统的控制,我们设计了相应的硬件电路和软件编程,实现了磁光开关的控制电路和驱动电路以及单片机编程和人机交互界面的设计。接着对此系统的性能进行了研究和测试。  最后,对整个光纤延迟线链路进行整体性能测试。用光纤延迟线链路和矢量网络分析仪搭建了光纤延迟线的测量平台,它的切割精度理论上可达1μm,实际切割精度可达20μm,光纤延迟线总的延时误差优于1 ps,系统噪声系数优于3dB。
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