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本文针对光纤调制器这一课题进行了有益的探索与研究,设计出四种不同的新型光纤调制器并做出实验验证。
在对2×2型单模光纤耦合器中回波损耗研究的基础上,首次系统地理论分析了光纤信号传输系统中光纤端面间由菲涅尔反射引起的多光束干涉效应;用高斯光束近似光纤端面出射光束,考虑对接光纤间隙损耗,修正并数值计算了光纤端面间发生多光束干涉效应时的透射光强及反射光强。
在此基础上,设计了一种基于多光束干涉效应的透射型光纤信号调制器。实验中从输入端输入光波,将调制信号以电压形式加载于压电陶瓷使其伸缩振荡来控制两光纤端面间距离,光信号在光纤端面间发生多光束干涉,从输出端输出被调制的光信号。实验中透射型光纤信号调制器调制度约为10%,信噪比约为60dB,带宽约为200kHz。
为了进一步提高调制度,设计了基于回波干涉效应的反射型光纤调制器。激光由2×2型单模光纤耦合器的入射端I<,1>输入,输出端O<,2>接上光纤负载,光信号在输出端O<,2>端面和负载输入端的端面间发生多光束干涉,将调制信号以电压形式加载于压电陶瓷使其伸缩振荡来控制两光纤端面间距离,调制后的反射光信号通过 I<,2>端被收集并显示在示波器上。实验中.反射型光纤信号调制器获得调制度约为44%,信噪比约为17 dB,带宽约为200kHz。
利用光纤连接的横向偏移造成的插入损耗现象,研制了基于插入损耗原理的新型光纤信号光调制器。因为光纤间光的耦合效率可以通过调节对接光纤的横向偏移进行调节,实验中将调制电信号放大并加载于压电陶瓷使其振荡,由此控制对接光纤的横向偏移与调制信号同步变化,从而实现对下一级光纤输出端光强的调制。实验测得其调制度优于95%,信噪比约为68 dB,带宽约为200kHz。
最后,利用迈克尔逊干涉仪模型,以压电陶瓷为微驱动部件,设计了基于双光束干涉效应的微机械光纤调制器。实验中从输入端输入的光波,经分光板后分为光强相等的透射光束与反射光束;调制信号以电压形式加载于压电陶瓷,使其伸缩振荡以控制这两束相干光波之间的光程差;透射光束与反射光束经透镜聚焦后在输出端面发生双光束干涉,在输出端输出被调制的光信号。实验中光纤信号调制器调制度约为90%,信噪比约为70dB,带宽约为200kHz。本课题以对光信号在两级光纤端面间的传输机制为研究基础,从原理创新与提高性能两方面对新型光纤信号调制器进行了有益的探索,提出了具有原创性的基于多光束干涉效应、基于回波损耗效应、基于插入损耗效应的光调制方法;并研制了性能优良的基于双光束干涉原理的微机械光纤调制器。这四种新型光调制器均为振幅调制,性能优良、结构简洁、造价低廉,特别适用于解决全光纤光路中的光调制问题,有着广阔的应用前景,尤为适用于低频光信号的调制。这四种新型光纤调制器也可用于信号斩波,其具有震动小、低噪声、与光纤光路耦合方便的优点。