基于激光拍频的光纤色散测量研究开题报告

1. 研究目的与意义

光纤通信这类新型技术历年来发展迅速，光纤作为传输媒介的通信方式之一，优势明显。光纤通信技术是把光波作为信息的载体。密集波分复用的产生促进了光纤通信的发展，系统容量成倍的增长。而较高的速率和长的跨距是光纤传输系统的未来发展的两个方向。在传输过程中，损耗和色散严重制约了光纤通信发展的效率。损耗限制了光信号传输的距离，色散制约了通信容量。掺铒光纤放大器的出现很大程度上解决了损耗的问题。可加剧了色散的积累，导致色散问题依旧严重。

色散是光纤中一个重要的光学特征。光纤折射率分布、光纤材料本身的色散特性及光纤的模式分布等都影响光纤的色散。不同成分的光，包括模式不同或频率不同等在光纤传输时由于群速度的差异会产生不同的时间时延。在光纤通信中，光纤中积累的色散越严重，产生的时延差就会越大。色散会引起在光纤中传输的光信号脉冲发生展宽，出现波形交叉、重叠等畸形现象，使信号产生误码现象，从而影响信息传输的正常运行，限制了长距离、大容量通信系统的发展。所以如何减小光纤传输中的色散问题成为国内外专家们研究的重点。所以色散测量成为光纤通信系统中提高通信质量的重要环节。

随着人们对网络流量需求的急剧增长，超高速、超大容量的光传输系统正在变得越来越重要。为了实现这一目标系统，使用的技术包括更高级的调制格式、更宽的调制带宽以及更多样的复用技术。而这些技术的使用对光纤链路的要求变得更高，对各种损伤也变得更为敏感，因而能实时监测光纤传输网络的性能变得非常重要。光纤传输系统中的光信噪比（osnr）、色度色散（cd）和偏振模色散（pmd）是最常见的影响光信号传输质量的三个参数，能实时监测它们对于确保无误码传输有重要意义。

2. 研究内容和预期目标

本文主要研究了基于多纵模拍频解调测量光纤色散的方法。讨论的是光纤激光器中拍频频率与时延的关系。实验中以拍频信号为解调信号，把光信号转化为电信号进行处理，与传统测量色散方法相比较，操作更加简单，利用光电探测器与频谱分析仪来测量，避免了昂贵的测量仪器成本，发展前景可观。

主要内容：

泵浦光源通过波分复用器进入光纤谐振腔，腔内含有用来增益的掺饵光纤，逐步增大泵浦光源的功率，增益大于吸收时，掺饵光纤激发出来的光在光纤谐振腔中不断被放大，光纤谐振腔内会输出多纵模激光信号。此时sagnac环的一端接有光谱分析仪，输出多纵模激光信号；另一端接有光电探测器和频谱分析仪，在频谱分析仪上可以观察到产生的稳定激光拍频信号。

3. 研究的方法与步骤

主要研究方法：

激光拍频技术是相干检测技术中非常重要的研究方法，它具体指的是具有不同频率的两个光信号或光的模式相互外差所产生的一种现象。在光纤激光器中，由于非线性增益介质的存在，激光的产生会伴随着不同频率的纵模模式被激发出来，这些不同频率的光脉冲会沿着同一方向共线传播，任意两个模式叠加会产生一个微波正弦信号，这个信号就是我们所说的拍频信号，可以通过光电探测器和频谱分析仪来观察该拍频信号。拍频信号常用于信号的解调。在上述的光纤传感器中均用了拍频这种解调方式，相比其他传统的解调方式来说，它将对光信号的解调转换成了对电信号的解调，为数据的处理提供了方便，且结构更加简单，具有更高的分辨率。而且只需要用到比较便宜的光电探测器和频谱分析仪就可以实现信号的检测，大大降低了成本，简化了实验操作。

光纤色散测量利用不同频率的光信号传输相同距离所用的时延。采用光纤激光器结构，由sagnac环与光纤耦合器组成了光纤环镜作为谐振腔一端反射腔镜，而另一端的反射腔镜分别是不同波长的光纤光栅。激光器产生泵浦光源激光信号通过波分复用器进入谐振腔，谐振腔内设有一段用来增益的掺饵光纤。缓慢地增加泵浦光功率，在增益大于吸收时，掺饵光纤激发出来的光在光纤谐振腔中不断被放大。由于谐振腔内存在偏振与空间烧孔，形成非均匀加宽，谐振腔内会有多纵模激光产生，任意两个纵模之间拍频，然后叠加，sagnac环输出端通过耦合器一端连接在光谱分析仪上可以检测到稳定的激光输出。另一端依次连接光纤探测器和频谱分析仪。文中用的是窄带宽高功率的光纤光栅，同时在光纤谐振腔内加入一段未泵浦的掺饵光纤作为饱和吸收体，实现拍频信号的稳定。

4. 参考文献

[1] 方伟，马秀荣，郭宏雷等，光纤色散测量概述，光通信技术，2006，30(9)：24-26；

[2] 龙响，光纤传输系统的色散补偿技术及其发展研究，光通信研究，2009，33(10)：62-63；

[3] 谭中伟，秦凤杰，任文华等，光纤色散在光信息处理中的应用，激光与光电子学进展，2013，50(8)：207-216；

5. 计划与进度安排

1、2月26日~3月25日 查阅文献、熟悉课题、收集资料，完成开题报告初稿；

2、3月26日~4月1日 熟悉仿真软件、修改开题报告；

3、4月2日~4月10日 深入学习光纤色散测量基础理论，尝试初步确定设计方案；