基于M-Z型interleaver的光纤光栅解调系统研究

发布时间：2020-11-01 08:24

　　 光纤光栅(FBG)具有径细、质轻、电绝缘、传输损耗低、稳定性良好、易于集成、信息传输的同时可以传感等一系列优点,其中心反射波长的漂移量与所处外界环境的变化之间,如温度、应变等,具有一定的线性关系。因此,若要实现利用光纤光栅对被测量的精确测量,关键是高精度地解调出其中心波长的漂移量,在众多的解调方法中,马赫-增德尔(M-Z)干涉解调法因为具有高精度的优点而被高度重视。本文研究了基于铌酸锂调制器的M-Z干涉解调系统。传统的非平衡M-Z干涉解调法不适合静态测量,需要将光纤固化封装,而铌酸锂强度调制器的内部结构是M-Z型,且考虑到当前光波导制作工艺的灵活性,波导材料的多样性及多功能性,因此使用铌酸锂强度调制器代替光纤来制作M-Z干涉仪不但可以大大提高解调精度,而且可以突破环境干扰对FBG传感器应用的局限,从而拓展FBG传感器的功能及应用领域有着重要意义。该解调方案不仅保持了传统M-Z干涉解调系统高精度的优势,且弥补了传统M-Z干涉解调易受外界环境干扰的缺陷,是一种较稳定的高精度M-Z干涉解调法。经过稳定光源的验证实验发现,实验数据的方差在0.15%左右,数据离散程度较小,说明该解调结构稳定性较好。在对基于铌酸锂调制器的M-Z干涉解调法研究中,发现实验室现有的铌酸锂调制器臂长差过小,也就直接导致了光纤光栅的解调曲线周期过大,使得实验数据无法显示一个完整周期,说明将铌酸锂调制器用于光纤光栅解调系统具有一定的局限性,因此展开了对梳状滤波器的研究。本文设计了一种基于梳状滤波器的M-Z干涉解调系统。该梳状滤波器由一个3×3耦合器、一个2×2耦合器以及镜面构成,该系统结构简单,插入损耗较小,借助镜面的反射作用,构成回路,能达到级联反射式M-Z型梳状滤波器的效果,且利用3×3耦合器的一个闲置端口作为监视端口可以时刻保持对耦合系数的精确掌控。该结构的梳状滤波器不仅能用于WDM系统,而且适用于光纤光栅的干涉解调系统。通过理论分析、仿真实验,本文得到:(1)该结构中两输出端口的光谱具有良好的奇偶对称性,在频域呈不等带宽、通带边缘陡峭的透射峰,即当选取适当的耦合系数和干涉臂长差时,该结构可实现不等带宽的梳状滤波,输出波形适合于频谱的交错利用,且当两臂长差保持1:3的比例时,臂长差越小,信息传输速率越快;(2)当耦合器的耦合系数与两个耦合器的臂长差选取一定的数值时,输出曲线具有良好的梳状谱,在曲线的一个周期内,输出光强与波长呈单调变化关系;曲线周期为1.75nm,反射峰边缘陡峭,曲线倾斜度较大,说明解调精度较高,适用于光纤光栅的解调系统。当耦合系数k_1和k_2的变化在一定范围内(即Δk=k×4%)时,偏差在0.2%~0.5%之间,对实验结果的影响较小。实验所得图形与仿真图形相符合。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

称 OC）、一个偏振控制器（polarization controller，简称 PC）构成高双折射光纤型梳状滤波器，结构如图 1-2 所示。射光纤型梳状滤波器实现梳状滤波功能主要 Sagnac 环内的偏射光纤产生的双折射效应。偏振控制器的作用是调整高双折射光的夹角，入射光偏转角度的改变将影响梳状滤波的隔离度。过 HBF 在光纤耦合器 OC 中相遇时，会发生干涉，形成梳状状滤波器虽然存在温度稳定性的问题，但由于其具有容易实现然吸引了众多的关注。目前被深入研究的有单级结构、级联结段 HBF 的结构。PCHBF

因为存在相位差，将会发生干涉，若输入的光是宽带光信号，则输出状谱。级 M-Z 干涉仪型的梳状滤波器造价低、易实现、结构简单，但也存在一要依赖调谐技术才能精确控制干涉仪的臂长差，且输出的梳状谱为正弦函数果不够理想等。了进一步改善性能，进行了多次实验，结果证明采用多级联的方法能够弥，可获取平坦通带、陡峭边缘的梳状滤波效果，同时对制作精度提出了更前，采用 3×3 和 2×2 耦合器多级联 M-Z 干涉仪型的梳状滤波器具有较好果，详细方案将在本文第四章介绍。OC OC

铌酸锂晶体主轴折射率n 2.132e= ，得到透射率 T 随波长 λ 的变化关系示。 3-2 可知，当铌酸锂调制器的臂长差为零时，透射率 T 与波长λ 的关系，即随着波长 λ 的变化，透射率 T 保持不变，为一个定值，则无法使用纤光栅反射波长的解调。当然，铌酸锂调制器两臂的臂长完全一样在工种理想情况；当 MZM 的臂长差不为零时，透射率 T 与波长λ 成余弦函线的一个周期内，T 随λ 单调变化，若曲线斜率较大，则曲线近似呈线-Z 型结构的铌酸锂调制器能够用于对光纤光栅反射波长的解调。
【参考文献】

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本文编号：2865275