参数电光调制器工作点漂移现象及工作点的选择本章小结电光调制器偏压控制系统的实现方案电光调制器偏压控制系统的理论分析系统硬件实现系统所用器件光电探测器及其放大电路带通滤波器乘法器转换电路微处理器万方数据转换电路信号发生电路加法电路系统电路图系统软件实现转换程序信号发生器程序寻找工作点的算法工作点的锁定的算法本章小结实验结果及分析阈值的设定及工作点的锁定的工作点控制的性能测试本章小结总结与展望总结展望参考文献万方数据图清单图由翁文泉等人提出的电光调制器偏压控制方案原理图图由提出的工作点控制系统框图图工作点漂移输出信号的相位图基于锁相放大器的偏压控制系统结构图图自动偏压号基波和谐波的偏压控制方法。他们同样也是引入扰动信号。他们通过对电光调制器的转换函数及传输曲线进行分析后，发现在传输曲线不同工作点上输出的探测信号的调制信号的基波分量和谐波分量的不同。当工作点在极小值点上时，输出的调制信号的基波分量为，二次谐波分量最大。当工作点在正交点斜率最大点上时，输出的调制信号的二次谐波分量为，基波分量最大。所以可以通过检测基波分量和二次谐波分量的大小来进行偏压的调节。但是这种方法不能监测电光调制器工作点漂移的方向，且需要倍频器等些复杂的器件。年，华北电力大学的尹成群等人，提出了种基于锁相放大器原理的结合虚拟仪器技术的简便自动偏压控制方案。虚拟仪器可以通过软件将仪器的硬件资源和计算机的硬件资源结合在起使用。其中最重要是的仪器之是数据采集卡，数据采集卡既可以采集数据，又可以向外输出信号。它首先利用万方数据中国计量学院硕士学位论文数据采集卡将的输出波形采集下来，然后在计算机上用软件语言的程序进行数字信号处理。即用数字的手段对信号滤波，相乘，积分。其程序如图所示。图自动偏压控制的实现所有上述这些方法大都需要用到大型设备，如示波器锁相放大器计算机等，成本较高，不方便被移动，而且不易使整个偏压控制系统进行自动反馈控制，在实际应用中很不方便。因此设计种控制精度高，实用性强，成本低且能进行自动化控制的电光调制器的偏压控制，以实现将电光调制器长期稳定工作的方案具有十分重要的意义。本文的主要研究内容和研究意义主要研究内容铌酸锂马赫曾德型电光调制器常常被使用来进行脉冲调制。但由于其本身固有的双臂结构，易受外界环境的影响，使其工作点漂移，工作不稳定，所以本文对电光调制器的工作原理进行研究，提出了对其工作点进行控制的方案，并按照提出的方案进行系统搭建和实验验证，通过实验结果证明此方案的可行性。第章，主要介绍布里渊传感系统的工作原理及意义，进而说明了对布里渊传感系统中的电光调制器工作点的控制的重要性。然后进步讨论国内外研究学者对电光调制器工作点进行控制的研究。第二章，主要介绍电光调制器的内部结构工作原理及工作点的漂移，并讨论电光调制器在布里渊系统中最佳工作点的选取。万方数据中国计量学院硕士学位论文第三章，主要介绍本文针对电光调制器的工作特性提出的对其工作点进行控制的方案，以及基于此方案进行的以处理器为核心的偏压控制系统的软硬件的搭建。第四章，主要介绍对搭建的偏压控制系统进行实验验证。通过检测电光调制器的消光比及输出的脉冲质量，验证了此系统的是否可实现对电光调制器的工作点的控制。第五章，主要对本文的进行总结，并提出了下步可以进行的改善工作。研究意义在将在材料中埋入分布式传感器组成智能材料的现代大型结构建筑的健康状况检测领域等众多领域中，布里渊分布式光纤传感系统发挥着越来越重要的作用。因此作为布里渊传感系统中的关键技术之的电光调制器工作点的控制变得越来越重要。而且不仅仅在布里渊分布式传感系统中，在其他的些分布式光纤传感系统以及光通信系统中，凡是在需要对光信号进行调制的系统中，大都需要电光调制器。因此对电光调制器的工作点进行控制的需求广泛而迫切。近些年来，对电光调制器工作点控制的研究越来越多。但国内对电光调制器工作点控制的研究起步相对较晚，与国外的研究相比还有很大差距，所以研究具有自主知识产权的偏压控制系统不仅具有很高的学术价值，而且具有广阔的市场应用前景。本文针对通过直接测量电光调制器输出的光功率来监测电光调制器工作点的方法，易受光源本身不稳定的影响，并且若是改变光强则需要改变程序中的参数阈值非常不方便等缺点，提出了采用加入扰动信号，通过检测工作点处斜率的变化来监测电光调制器工作点的变化的方案。此方案不仅避免了上述缺点，而且还能够判断工作点漂移的方向，从而可以更精确的调节偏置电压的大小，使控制精度更精确，因而使电光调制器可以更加稳定的工作。万方数据中国计量学院硕士学位论文电光调制器工作原理分析由于光的外调制方式具有高速高消光比高光功率等优点，特别是相对于半导体激光器内调制方式，没有光频率跳变的“啁啾”现象，所以在光纤传感系统和光通信系统中，通常采用此种调制方式。目前电光调制器是外调制方式中最常用的元器件。电光调制器电光调制器是利用电信号对光信号进行调制的器件。光通信及分布式传感系统中通常使用的是电光调制器，。因为晶体具有传输损耗及色散小，高带宽，特别是它的电光系数比较高等优点。对需要脉冲调制的系统而言，最常用的是马赫曾德型强度调制器，这种调制器采用了波导结构，所以它的带宽较高，偏压比较小，损耗较低，。本文进行控制的对象就是马赫曾德型强度调制器。电光效应电光调制的关键是晶体的电光效应，具有电光效应的晶体是电光晶体。电光效应是指对电光晶体施加电场，引起晶体的折射率发生变化的现象。电光晶体的折射率与介电常数的关系可以表示为式中，ε为晶体的介电常数，ε为真空介电常数，晶体的磁导率，为真空磁导率。因为晶体为非磁性材料，所以，折射率由公式可以推知将展开成级数，则折射率与外加电场的关系可以表示为万方数据中国计量学院硕士学位论文式中的次项系数和二次项系数都是电光晶体的电光系数，由晶体本身的性质确定的。电光效应包括普克耳斯效应和克尔效应。当折射率的变化与电场成线性关系，则称之为普克耳斯效应，当折射率的变化与电场的平方成比例关系，则称之为克尔效应。普克耳斯效应般比克尔效应强很多，所以只考虑普克耳斯效应。波导电光调制器波导般采用半导体薄膜工艺制成，是平面结构的集成光路，即光集成器件的主要组成部分。它的结构与光纤不同，光纤是圆柱型结构，波导是长方体结构。集成光路主要分三层，上层是空气，下层是衬底，中层是波导，材料为电光晶体。由于上层和底层介质的折射率都小于中层，所以由于在介质分界面上的不同折射率，使得光的全折射现象把光被限制在光波导及其周围有限的区域内传输。波导的尺寸目前般在微米量级。波导电光调制器利用电光晶体的泡克耳斯效应，在电光晶体上加载电场从而使介质的折射率产生微小的变化来产生相差。与体电光调制器相比，波导的电光晶体比体型电光调制器的电光晶体的体积小很多，因此它需要的驱动电场比体调制器小很多。波导电光调制器的外加电场常常取方向，以利用电光晶体最大的电光系数。马赫曾德型电光强度调制器图马赫曾德干涉仪型调制器的结构简图其内部结构如图所示。上面白色的部分是光波导，下面灰色的部分是它的衬底，光在光波导中传输。马赫曾德型电光调制器是由两个型光波导组万方数据中国计量学院硕士学位论文合而成。束输入光在第个分支处，被分成两等分后，分别在两个波导臂中传输。输入光波可以表示为分成两束后，可表示为其中个波导臂被加载电场即电压，铌酸锂晶体的电光效应使这个波导臂的折射率发生改变，光在这个波导中传输的时间因此发生改变。这样在第二个分支，即两个波导结合的地方，两束光就出现了相位差，从而发生了光相干现象，输出的光可以用公式表示为简化下为分别为两路光在两波导臂传播产生的相移，令，得式中是两束光的相位差，可以表示为式中，表示系数表示个臂的折射率表示另个臂的折射率是臂长表示光在真空中传播的速度。从公式可以看出，由于电光晶体的电光效应，折射率与电场电压成线性关系，所以两束光的相位差与所加电场即电压成线性关系。当相位差为时，理论上输出光强为零实际上电光调制器不可能将使输出光完全为零，当相位为或者时，输出的光强最大。因此，对个马赫曾德型的铌酸锂电光调制器，它的传输特性函数可以表示为万方数据硕士学位论文电光调制器的自动偏压控制电路的设计作者张彩霞导师李裔教授学科物理电子学中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文电光调制器的自动偏压控制电路的设计作者张彩霞导师李裔教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业物理电子学研究方向光纤传感技术二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我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了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院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，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月万方数据致谢两年半的研究生求学生涯使我受益良多，在此我要深深地感谢我的导师李裔教授。在学习及科研方面，李裔老师渊博的学识，严谨的科研作风，对待科研教育认真负责及创新的态度，永远值得我学习在生活方面，李裔老师非常平易近人，热心帮助和关心爱护学生，让我感受到亲人般的温暖。其次，感谢光电学院的徐贲老师在对我实验和工作的帮助及鼓励，徐老师严谨细致的实验态度，逻辑清晰的论文撰写技能以及对我工作的大量宝贵的指导和建议，让我受益匪浅。感谢光电子技术研究所的董