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适用于大气光通信的光调制与光放大技术研究

李强  
【摘要】: 无线光通信是光纤通信与无线通信相结合的产物,它是一种新型的无线宽带光联网手段。与微波通信与光纤通信相比,无线光通信有其独特的优势,在空间通信以及一些特殊的场合得到了广泛的应用。随着激光器成本的不断下降以及高灵敏度接收器和先进通信电子设备的发展,无线光通信已成为下一代光通信的发展方向之一。本文根据大气信道的特殊性,对适用于大气光通信的大功率高速发射机相关技术进行了研究。 本文首先在对三种典型无线光通信调制方式—OOK、PPM和DPIM的调制结构进行分析的基础上,分析比较了这三种调制方式的带宽需求、传输容量、功率需求和差错性能。理论分析与仿真结果表明,OOK方式实现简单,不需要符号同步,带宽需求最小,但功率利用率太低;PPM方式大大提高了功率利用率,但带宽利用率最低,而且需要符号同步;DPIM相比于OOK具有更高的功率利用率,相比于PPM具有更高的带宽利用率,而且不需要符号同步,应用于无线光通信系统具有显著的优势。 从掺铒光纤放大器EDFA出发,介绍了光纤放大器的原理和结构,分析了光纤放大器的各项性能:增益与带宽、增益饱和、放大器噪声以及增益谱。并讨论了影响光纤放大器增益、噪声特性的各个因素,包括:放大光纤长度、泵浦光功率、输入信号光功率、信号波长等。针对各个影响因素,提出了改进光纤放大器性能的方法与方向,为光纤放大器的设计制作及优化提供了依据。 针对中国电子科技集团公司第三十四研究所对光纤放大器的要求,对光放大器的工程实用性进行了标准化设计与制作:采用两级级联放大设计,使光功率放大增益达到30dBm;选用Ateral公司Cyclone系列EP1C3可编程器件,设计了微控制模块,对光模块的泵浦驱动开关、告警等信号进行更合理、更智能化的判断与控制;并对光纤放大器在内部布局、尺寸、外观、接口等进行了标准化设计并优化,使得光纤放大器能更稳定、合理地在实际环境中完成工作。 实验测量了放大器级联放大时的主要性能指标。泵浦光波长975nm,功率为3×3W,对波长1552nm的信号光:在光信号功率Ps=0dBm附近时,放大器的输出功率达830mW,基本达到30dBm的增益要求。微控制模块根据信号输入、输出等,自动对泵浦激光器进行了很好的控制。


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