论文摘要：弱光信号的低噪声、宽带放大技术研究

光纤拉曼放大器作为一种直接光放大技术，通过选取合适的泵浦源，可实现任意波段的低噪声、宽带分布式放大；雪崩光电二极管（APD）放大技术同样具有高增益、宽带放大等特点，是一种高效稳定的光电探测及放大技术。本文对上述两种技术的工作原理、结构参数及放大特性进行了细致的理论分析和全面的实验研究。针对基于布里渊散射的分布式传感系统中弱散射光信号的特点，设计并实现了包含分布式光纤拉曼放大器和APD放大模块的弱光信号放大实验系统。主要开展并完成了以下研究工作：1．光纤拉曼放大器基本理论的分析。描述典型分布式光纤拉曼放大器的基本结构，理论分析受激拉曼散射机理及分布式光纤拉曼放大器的工作原理，详细的理论推导和分析不同放大器结构下拉曼放大阈值的特点及放大器各主要性能参数的物理意义及特性。2．分布式光纤拉曼放大器特性的实验研究与结构优化。搭建一典型的后向泵浦结构分布式光纤拉曼放大器，实验观察光纤拉曼放大现象，实验比较分析泵浦结构及光纤环镜的选取对放大器增益和噪声性能的影响，得到引入光纤环镜的后向泵浦结构的放大器性能最佳，噪声系数可达到-2dB，明显优于3dB量子极限，并且在结构优化的基础上实验研究了输入信号光功率及泵浦光功率对放大器增益与噪声性能的影响，验证放大器增益及噪声性能的改善是通过优化结构，提高泵浦效率，降低拉曼放大阈值来实现的。3．APD放大模块的电路设计。以某型号APD为核心构建APD放大模块整体方案，继而设计外围可调直流高压偏置电路、主放大电路、温度监控电路、模块供电电源电路以及从硬件和软件两方面考虑系统低噪声、抗干扰、安全性设计的可行措施。4．APD放大模块的实验研究。实验测得直流高压偏置电路输出高压随控制电压的变化曲线，输出电压在24.4V~45.4V范围内稳定可调，其输出纹波平均值为22.4mV；测得低噪声主放大电路的最大增益与最小增益条件下的频率响应曲线，实现70MHz的-3dB增益带宽；进行温度监控电路的半实物仿真实验，实现了APD模拟工作温度对直流高压偏置电路输出偏压的控制功能，保证APD工作在安全的最佳工作点；最后对APD放大模块进行了光电转换整体性能的实验测试，未加主放时模块响应率达239.52kV/W，主放大电路在未饱和条件下，增益在10.58dB~30.68dB稳定可调。

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