三角形光脉冲生成技术及特性研究

发布时间：2020-04-05 02:36

【摘要】：三角形脉冲是一种具有特殊时域波形的光脉冲,其前后沿具有变化率恒定并且符号相反的特殊时域形状。脉冲在光纤中传输时,由自相位调制(self-phase modulation,SPM)和交叉相位调制(cross-phasemodulation,XPM)在线性变化的前后沿附近产生的频率啁啾是恒定的,即SPM和XPM会使频率偏移,但不会产生新的频率分量,因此可以实现脉冲能量向两个新频率处的转移,实现波长转换。因此三角形光脉冲的生成和应用也成为研究和关注的热点。本文对三角形脉冲发生器进行了理论研究和仿真分析。研究的主要内容如下:(1)介绍了三角形脉冲在全光领域内的应用,分析了三角形脉冲相比于高斯脉冲在波长转换方面的性能优势。介绍了利用时域波形叠加得到三角形脉冲的两种方案,对其结构进行了理论推导,分析了其优势与不足。介绍了方案中涉及到的马赫曾德尔调制器的结构和原理以及三个偏置工作点的特性。在此基础上提出了一种基于时域波形叠加的三角形脉冲的实现方案。将两个相似的正弦信号,以正交偏振的状态进行叠加,在叠加前引入一定的延时,通过调节引入的延时可以得到理想的三角形光脉冲。设计的方案中调制指数不再是一个固定的值,而是可以在范围0.92≤β≤1.57内自由选择的参数。该方案采用的是时域波形叠加的方案,避免了传统的对频谱线操作的做法,实现起来更加灵活稳定。(2)对设计的方案进行了仿真验证和分析。首先通过仿真实现了三角形脉冲的输出,并得到了多种频率的三角形光脉冲,可以获得最高频率为40GHz的脉冲信号,验证了方案的可行性和调谐灵活性。对影响结果的参数进行了分析,分析了调制指数漂移、偏置电压漂移以及延时抖动对最终波形的影响,并引入了拟合误差来量化产生波形的拟合程度,能够更为直观判断参数漂移对波形的影响。当拟合误差小于3%时得到的波形可以视为理想波形,在此条件下,得到了可接受的调制指数,偏置电压差以及延时相对最佳值的漂移范围分别为-10%～5%,-3%～3%和-14%～16%。(3)将设计的方案与同类时域波形产生方案进行了对比。两个方案均是通过相似的两个波形进行叠加来得到三角形脉冲,对比方案通过两个相似的方波叠加,本文方案通过两个相似的正弦波叠加。一方面由于该方案进行了实验,本文将两个方案放在同一仿真环境下进行验证,能间接地验证本方案的实验可行性;另一方面通过对比分析,可以得出本方案的优势,包括调谐灵活性更优、调制指数的灵活性更好,并且能直接得到光域的三角形脉冲。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN78

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