1.7μm波段激光调制信号产生及水雾信道传输特性研究

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1.7μm波段光位于水分子吸收光谱中两个吸收峰之间的低谷,因而1.7μm波段光在水雾信道中传输时能够减少水雾的吸收损耗同时减少散射损失。相比于蓝绿光,1.7μm波段光在大气中透过率更高,且处于不可见光波段,具有较好的隐蔽性。1.7μm波段光源的开发也为缓解通信频段紧缺提供一种选择。为此论文首先在理论上研究了1.7μm波段光纤激光信号产生及调制方法,其次通过实验研究产生了该波段连续和脉冲激光信号,而后基于泵浦调制技术完成了激光信号模拟和数字调制,最后基于产生的调制信号实验研究了水雾信道下1.7μm波段调制信号的传输特性。论文的主要研究内容可分为以下几个部分:1、理论研究了基于铥钬共掺光纤等稀土离子掺杂光纤、基于光纤非线性效应产生1.7μm波段增益谱的基本原理,分析了基于滤波及锁模等技术产生1.7μm波段连续及脉冲激光的方法。最后分析了通过泵浦调制技术等激光调制方法产生1.7μm波段激光调制信号的基本原理。2、实验研究了基于铥钬共掺光纤(Thulium-Holmium-co-doped Fiber,THDF)的1.7μm波段增益谱,分析了不同泵浦形式下的增益谱特性。而后分别采用非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)效应及泵浦调制技术实验获得了重复频率11.81MHz、脉冲宽度65.27ps的锁模脉冲激光及重复频率可调的增益开关脉冲。在此基础上,将泵浦调制技术和NPR结构组合从而得到了增益开关及锁模混合脉冲信号。实验中分析了加载不同波形信号的调制泵浦对混合脉冲激光信号输出特性的影响。通过实验优化,由正弦波信号驱动产生的混合激光脉冲具有更好的信噪比(49.39d B)。3、实验研究了基于泵浦调制技术的1.7μm波段模拟及数字调制信号的产生。首先基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)滤波的环形腔结构实验获得了中心波长为1726.93nm的连续激光。通过使用调制泵浦源,基于同步泵浦效应实验获得了MHz量级的1.7μm波段模拟调制脉冲光信号;基于增益开关效应实验获得了k Hz量级的1.7μm波段数字调制脉冲光信号。4、搭建了模拟水雾信道的空间激光通信实验平台,实验研究了1.7μm波段重复频率可调的数字调制脉冲信号水雾传输特性,同时对比研究了1.5μm波段激光调制信号传输特性。结果表明,实验产生的数字调制信号可以在水雾信道中正确传输并被还原,并且传输过程中1.7μm波段光比1.5μm波段光的功率损耗低至多11.71d B,1.7μm波段光在水雾信道下传输更具有优势。
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