基于光纤Sagnac环的光时域微分器研究

发布时间：2020-04-22 03:12

【摘要】：光信号处理技术能够在光域直接处理信号,可有效克服“电子瓶颈”,具有超高处理速度及超大工作带宽等诸多优点,是实现全光网络的关键技术之一。光时域微分器可以直接在光域对光信号进行微分处理,与电学微分器相比,具有运算速率高、抗电磁干扰、低功耗、体积小等优点,有着十分重要的研究意义。本文在对基于高双折射光纤Sagnac环的透射谱特性进行深入的理论、仿真及实验研究的基础上,提出一种基于高双折射光纤Sagnac环的二阶光时域微分器,结合理论分析和数值仿真研究该微分器的性能。在此基础上,进一步提出了基于高双折射光纤Sagnac环的偶数阶光时域微分器以及应用于波分复用系统的光时域微分器,并分别对两种微分器的性能进行研究。主要工作如下:(1)根据Jones矩阵理论对基于高双折射光纤Sagnac环的透射光谱特性进行了理论与仿真研究,重点分析了高双折射光纤的长度和折射率差、偏振控制器状态、耦合器分光比等对透射光谱特性的影响。实验制作了一个基于高双折射光纤的Sagnac环,并研究其透射谱特性,结果表明,实验数据与理论仿真结果相吻合。(2)提出一种基于高双折射光纤Sagnac环的二阶光时域微分器,并对微分器的性能进行研究。结果表明,调节高双折射光纤的长度或折射率差,能够实现微分器中心频率的调谐。当输入衰减因子为0.5ps的高斯脉冲时,通过调整高双折射光纤参数,微分器的3dB带宽最大可达30THz,差错因子最小仅为0.0077。研究表明,该微分器可以对高斯脉冲进行大带宽、高精度的二阶微分处理。(3)研究了基于高双折射光纤Sagnac环的偶数阶光时域微分器和波分复用系统光时域微分器。从理论分析、数值仿真两方面验证了两种微分器的微分功能,并从差错因子、能量效率、3dB带宽三个方面对其性能进行了分析,结果表明这两种光时域微分器具有很高的精确度和较大的工作带宽。
【图文】：

环形干涉仪,耦合器

Ｆｉｇ．邋１邋－２邋Ｃｉｒｃｕｌａｒ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ邋ｉｎｖｅｎｔｅｄ邋ｂｙ邋Ｓａｇｎａｃ逡逑基于Ｓａｇｎａｃ效应，研究人员设计一种全光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪，全光纤Ｓａｇｎａｃ逡逑环干涉仪的基本结构如图１－３所示，它由三段单模光纤和一个耦合器（０Ｃ）连接而逡逑成，两根光纤分别连在耦合器左侧的两个端口作为输入端和输出端，在耦合器的逡逑右侧，两个端口用一根光纤连接成环，入射光从耦合器左侧的输入端口射入，经逡逑耦合器后分成两束相干光，从右侧的两个端口分别输出，两束光在光纤闭环中相逡逑向传输一周，最后在耦合器交汇，相互干涉后经耦合器处理，分别从左侧的两个逡逑端口射出。一方面，光纤Ｓａｇｎａｃ环可以通过调整z1合器来改变透射光和反射光的逡逑５逡逑

全光纤,干涉仪,耦合器

反射镜３邋＼逦反射镜２逡逑图１－２邋Ｓａｇｎａｃ发明的环形干涉仪逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－２邋Ｃｉｒｃｕｌａｒ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ邋ｉｎｖｅｎｔｅｄ邋ｂｙ邋Ｓａｇｎａｃ逡逑基于Ｓａｇｎａｃ效应，研究人员设计一种全光纤Ｓａｇｎａｃ干涉仪，全光纤Ｓａｇｎａｃ逡逑环干涉仪的基本结构如图１－３所示，它由三段单模光纤和一个耦合器（０Ｃ）连接而逡逑成，两根光纤分别连在耦合器左侧的两个端口作为输入端和输出端，在耦合器的逡逑右侧，，两个端口用一根光纤连接成环，入射光从耦合器左侧的输入端口射入，经逡逑耦合器后分成两束相干光，从右侧的两个端口分别输出，两束光在光纤闭环中相逡逑向传输一周，最后在耦合器交汇，相互干涉后经耦合器处理，分别从左侧的两个逡逑端口射出。一方面，光纤Ｓａｇｎａｃ环可以通过调整z1合器来改变透射光和反射光的逡逑５逡逑
【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】：TN253

【参考文献】