免费论文：瞬态光脉冲全光等效时间测量关键技术研究

在光通信、测量、物理及化学等领域，高速瞬态光脉冲得到越来越广泛的应用。为了能对高速瞬态光脉冲特性进行研究，需要对其波形进行测量的有效手段。对这类脉冲测量中，主要面临的难度在于瞬态光脉冲具有较大的带宽且不为周期信号。为了可以利用等效时间采样方法对高速瞬态光脉冲进行测量，需要先将被测脉冲通过低失真复制手段进行复制，得到周期性脉冲。然后利用全光采样手段对复制后脉冲序列进行采样。本文主要讨论了高速瞬态脉冲复制技术与全光采样方法。第一章中首先对现阶段较为常见的瞬态光脉冲测量方法进行了讨论。此后比较了国际国内较为常见的光脉冲复制方法，对这些方法的优缺点进行了分析。分析结果表明，通过有源光纤环结构得到的脉冲序列具有较好的时间间隔与幅度稳定性，从而较为适合作为全光等效时间采样系统的前端复制部分。之后对国际上较为常用的全光采样系统进行了简要介绍。半导体光放大器（SOA）理论模型对于系统仿真分析十分重要，文中对不同的SOA理论模型进行了比较，为后面理论分析中对SOA模型的选用提供了依据。最后阐述了瞬态光脉冲测量方法的研究背景和意义。第二章从理论上分析了有源光纤环脉冲复制器的工作性能。本章首先结合载流子速率方程与稳态方程建立了SOA模型。利用该模型对有较大幅度辅助直流光注入条件下SOA的非线性增益与自发辐射噪声（ASE）的抑制原理进行了分析。之后对脉冲经SOA传输后波形变化与频率啁啾进行了分析。利用上述SOA模型建立了有源光纤环系统模型，从理论上研究了不同时域宽度脉冲复制过程中的误差来源。本章中还分析了不同幅度辅助直流光注入下复制器的可用带宽、复制器输出噪声分布与SOA偏振敏感性对复制器输出序列的影响。第三章中，从实验角度验证了有源光纤环脉冲复制器的工作能力，首先介绍了实验系统的总体结构，然后分别论述了实验系统中脉冲发生器、有源光纤环和光接收机等组件的设计与实现。之后，根据项目要求利用实验系统验证了复制器对短光脉冲的复制能力。实验中重点研究了复制器输出脉冲序列的一致性、注入辅助直流光对随机失真与非线性失真的抑制情况、复制后波形失真程度、各脉冲上ASE噪声的分布情况以及脉冲波形参数的变化情况。实验结果与理论分析结果一致，结果表明有源光纤环可满足等效时间采样系统对脉冲复制的要求。 对利用后处理算法提高采样精确度的方法进行了研究。研究了通过递推算法结合SOA非线性增益方程抑制复制中非线性增益失真的途径。对有源光纤环环内噪声累加随环路外部参数变化的规律进行了研究，提出建立参数矩阵消除结果中基线漂移的方法。理论仿真与实验结果的处理表明，使用上述方法可以有效地降低复制过程中基线漂移与非线性失真对采样结果造成的影响。研究了利用SOA中超快非线性增益压缩过程进行全光采样的方法，该方法可以将采样解析度提高到亚皮秒量级。文中讨论了基于半导体光放大器的马赫-曾德尔干涉仪（SOA-SMI）中非线性增益压缩过程与采样窗口的关系。利用包含载流子加热、光谱烧孔、双光子吸收与非线性反射的SOA-SMI理论模型分析了通过调节控制脉冲延迟、SOA偏置电流与控制脉冲幅度等外部参数获得所需亚皮秒采样窗口的方法。本文还对SOA-SMI采样系统的误差来源进行了研究。对采样控制脉冲时域抖动、ASE噪声与PIN噪声等噪声源对采样结果造成的影响进行了分析。通过仿真验证了SOA-SMI对单次脉冲与连续信号的采样能力。分析表明，使用SOA-SMI可以有效地对输入信号进行全光采样，该系统在全光采样领域具有较好的应用前景。

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