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1、国防科学技术大学 硕士学位论文 多路光纤相干检测信号的时分复用技术研究 姓名：曹春燕 申请学位级别：硕士 专业：光学工程 指导教师：胡永明 20031101 璺堕型兰垫查查兰翌丝兰坠兰垡堡兰 捅费 时分多路复用( T D M ) 技术作为最简单有效的复用方案，广泛应用于光纤传感器阵列设 讨中。本文在比较己有的多种时分复用方案基础上，设计了一种利用光开关产生光脉冲， 用延时光纤实现通道间延迟的四路干涉型光纤水听器时分复用系统。该系统有很好的扩展 性，其结构及理论可应用于更大规模的时分复用系统：并且易于与空分、波分等其它复用 方案相结合。 本文首先分析了所用的光波导定向耦合器开关原理，给出了静态性
2、能测试结果；其次 分析了时分复用系统工作机理。该系统中，通过高速光开关驱动电路和探测电路的设计， 实现了高频复用信号的产生和探测；利用O S P 控制光开关发出脉冲和采集卡P C I 一9 8 1 2 丌 始采样的同步，完成了复用信号的采集和解复用；通过合理设计时分复用中相位产生载波 ( 1 1 G c ) 检测的笑键参数，实现了光纤水听器的四路时分复用信号的解调。 划实际系统进行串扰测试得出通道f l 串扰在一1 6 d B 一2 0 d B 之间，串扰主要由高速转换 下光丌关输出脉冲消光比不足带来。通过仿真分析串扰对波束指向性的影响，得出了阵列 两端基元较中间基元的串扰对波束指向性影响更大
3、的结论，这结果对光纤水听器成阵技 术有较大指导意义；同时得出四基元阵列通道间串扰达到一2 0 d B 时，波束指向图重合很好， 主瓣宽度仅减小0 1 7 2 ”，串扰的影响基本可以忽略。 关键词：干涉型光纤水听器时分复用光开关 串扰波束指向性P G C 调制解调 第1 负 田防科学技术人学研究生院学位论文 A b s t r a c t A so n eo ft h es i m p l e s ta n dm o s te f f i c i e n ts c h e m e s ，t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( T D M
4、) i s a p p l i e dt ot h ed e s i g no ff i b e r o p t i cs e n s o ra r r a y sw i d e l y A f t e rt h ec o m p a r i s o n o fd i f f e r e n tT D M s c h e m e s ，as y s t e mo f i n t e r f e r o m e t r i cf i b e r - o p t i ch y d r o p h o n eu s i n gT D M t e c h n i q u ei sd e s i g n
5、 e d a n di t sm a i n l yc o m p o n e n t sa r ead i r e c t i o n a l c o u p l e ro p t i c a ls w i t c ha n dd e l a yc o i l s B a s e do n t h i ss c h e m e ，t h en u m b e ro fh y d r o p h o n e sc a nb ee n l a r g e d ，a n di t Se a s yt oh y b r i dw i t h s p a c e d i v i s i o nm u
6、l t i p l e x i n ga n d w a v e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g I nt h i s p a p e r ，f i r s t l yt h ew o r km e c h a n i s mo fo p t i c a l s w i t c hw a sd e s c r i b e da n dt h es t a t i c p e r f o r m a n c et e s t i n gw a sc a r r i e do u t T h e nt h e4 一e l e m e n tT D Ms
7、 y s t e mw a sa n a l y z e d A f t e rt h e h i g h s p e e do p t i c a ls w i t c hd r i v e rc i r c u i ta n dd e t e c t i o nc i r c u i tw e r ed e s i g n e d ，t h eg e n e r a t i o na n d d e t e c t i o no fm u l t i p l e x i n gs i g n a l sw a sa c c o m p l i s h e d B yt h eu s eo
8、fD S Pt oc o n t r o lt h eo p t i c a l s w i t c ha n dP C I 一9 812t Ob es y n c h r o n o u s ，t h e s i g n a l so fd i f f e r e n tc h a n n e l sw a ss a m p l e da n d c o r r e c t l yd e m n l t i p l e x e d ，I nt h ee n d ，t h e4 - e l e m e n tT D Ms i g n a l sw e r ed e m o d u l a t
9、e d u s i n g p h a s e g e n e r a t e dc a r r i e r ( P G C ) t e c h n i q u e T h em e a s u r e m e n tr e s u l t so b t a i n e ds h o wc r o s s t a l kl e v e l so fd i f f e r e n t c h a n n e l sw a si nt h e r a n g e 一1 6 d Bt o 。2 0 d B ，a n dc r o s s t a l ka r o s ec h i e f l yd
10、u et oi n c o m p l e t ee x t i n c t i o no f t h ei n p u t p u l s e g e n e r a t e db yt h eo p t i c a ls w i t c h O nt h eb a s i so fs i m u l a t i o n ，ac o n c l u s i o nt h a te r o s s t a l kc o m i n g f r o mh y d r o p h o n e si nt h eb o r d e ro f r e r a yh a sd e e p e re f
11、f e c t so na r r a yd i r e c t i o n a lr e s p o n s et h a n t h o s ei nt h em i d d l ew a s d r e w , a n dt h er e s u l ti su s e f u lf o rt h el a y o u to f a r r a y s A n o t h e rc o n c l u s i o n w a st h a tw h e nt h ec r o s s t a l kl e v e l so f a4 - e l e m e n ta r r a ya r
12、 el e s st h a n 2 0 d B ，t h e 一3 d Bw i d t ho f m a i nl o b ed e c r e a s e s0 17 2 0a n dt h ee f f e c tc a nb ei g n o r e d K e yw o r d s ：I n t e r f e r o m e t r i cf i b e r - o p t i ch y d r o p h o n e ；T D M ；O p t i c a ls w i t c h ；C r o s s t a l k ； b e a m d i r e c t i o n ；
13、P G C 第1 I 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：垒整左红担王捡型焦曼鲍吐金星周撞盔婴窥 学位论文作者签名壹蠢夔日期：2 0 D ，年f f 月2 r 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保
14、留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题日： 垒整出红担王捡趔焦曼垃盟佥复围捷盔盟窥 学位论文作者签名：亟墨避日期：删年月嘶 作者指导教师签名：J 占丛- 巡 日期： 孝年，月z 驴 璺唑型兰丝查查兰型窒圭堕兰竺笙兰 _ _ 一一一一 图表目录 表1 1不同复用方案性能比较 图11独立探头式非平衡梯状时分复用系统 图12独立探头式平衡结构的时分复用系统 幽13利用光开关分时转换实现的复用系统 图2
15、 1x 切质子交换光波导 图221 4 光丌关结构示意图 图2 3光丌关测试系统图 表2 1光丌关静态测试结果 图24L i N b O3 干涉式强度调制器 图3 1水听器四路时分复用系统图 图32时分复用系统串扰测试实物图 图3 3通道2 串扰测试图 图3 4 通道3 串扰测试图 图3 5通道4 串扰测试图 图3 6二号探头加多频声信号频谱图 图3 7第l 、3 、4 通道对2 通遂多频串扰频谱图 圈3 8光”关消光比不足时各通道脉冲示意图 图3 9光开关输出脉冲图 表31光丌关输出脉冲各时段幅度 表3 2光丌关输出脉冲各时段消光比 图3 10 数据采集卡P C I 一9 8 l2 本底噪声频谱图 图3 1 1 光电探测器及其放大电路的本底噪声频谱图 圈3 1 2 系统正常工作时各通道噪声频谱图 图4 1平面波入射均匀线阵列模型 圈4 2 四基元阵列通道l 存在串扰时波束指向比较图 图4 3 四基元阵列通道2 存在串扰时波束指向比较图 图4 4 四基元阵列通道3 存在串扰时波束指向比较图 图4 5 四基元阵列通道4 存在串扰
