超声驱动光纤光栅信号调制的研究

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光纤光栅(FBG)具有良好的滤波及选择反射特性,在光开关、波分复用器、分插复用器、光交叉连接设备和全光纤滤波器等光纤通信功能模块中都有着重要的应用。尤其是近些年来,基于FBG可调谐滤波特性的光器件,更是成为一个研究热点。超声作用于基于FBG制成的调制器,可以很容易的通过改变声波参数调谐器件的滤波特性,很好地实现对FBG的动态调谐。因此,超声驱动光纤光栅信号调制的研究具有重要意义。本论文理论分析和实验研究了超声驱动系统以及超声作用后光纤光栅的反射谱特性,论文的主要内容及成果如下:1.提出了在光纤光栅调制系统中引入压电陶瓷(PZT)的超声PZT驱动系统。设计了基于PA119运算放大器的线性放大电路,完成了具有良好动态高频响应特性的PZT功率放大驱动电路的制作;实现了将频率为100KHz-1MHz、电压幅值为0-5V连续可调的正弦波无失真实时放大,达到驱动PZT所需电压。2.根据声光互作用原理,从光纤光栅的耦合模理论出发,得出了超声作用于FBG产生横向振动的三种耦合方式以及耦合模方程。从相位匹配条件出发,对FBG横向振动时的反射谱特性进行了理论分析,同时从声光互作用超晶格理论出发,简单介绍了纵向振动的反射谱特性。分析表明,横向振动时,FBG的反射谱中心波长的短波长方向会出现新的反射边带,且随着所加载电压的变化,不同波长处的反射率也会相应地发生变化;纵向振动时,FBG的反射谱的中心波长的两边都出现新的反射边带。3.实验论证了超声作用于光纤光栅侧面产生横向振动的反射频谱特性。结果表明,当FBG受到特定频率的超声作用产生横向振动时,在光栅中心波长的两边将会出现新的反射边带;并且随着所加载电压的增加,中心波长处的反射率会逐渐地减小,同时一阶边带的反射率会增加;且随着电压的不断增加,会出现更高阶的边带。通过改变输入信号的频率和大小,会导致FBG它的反射谱位置以及强度发生变化。理论分析的结论是:横向振动时,只会在光栅中心波长的短波长方向出现新的反射边带,二者的偏差是我们需进一步解决的问题。
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