噪声信号直接调制DFB激光器对受激布里渊散射效应的抑制及其在Power-over-Fiber系统中的应用

摘要

现今电能传输的主要方式是电缆，但是其在传输电能的过程中受电磁干扰以及电缆本身电阻的影响会对传输的电能造成较大影响，限制其在强磁场等环境中的应用。随着光纤及其应用技术的发展，利用光纤的低损耗、质量轻、抗电磁干扰、防雷击等特性，人们提出了基于光纤的电能传输系统，即power-over-fiber系统，然而由于光纤受激布里渊散射效应的影响，光纤存在饱和的透射光功率。受激布里渊散射效应是光纤在大功率泵浦光注入时所产生的一种非线性效应，它会使得注入到光纤中的光功率大部分散射回注入端。并且长距离单模光纤的受激布里渊散射阈值非常低，仅有十几个毫瓦，所以受激布里渊散射效应严重限制了长距离单模光纤传能系统的传输性能，同时也限制了使用光纤传输电能的power-over-fiber系统的传输功率。
　　本文使用噪声信号直接调制分布反馈(DFB)半导体激光器，在对输出光时序、频谱和光谱影响均较小的情况下，展宽激光器的输出光线宽，抑制光纤受激布里渊散射效应，增大光纤末端的透射光功率，提高power-over-fiber系统的传输性能。这种方法具有结构简单实用、可以灵活调节激光器输出光线宽的优点，只需对原有的长距离光纤传输系统添加一个噪声信号发生器即可增加光纤末端的透射光功率，提高 power-over-fiber系统的输出电功率。
　　针对抑制光纤受激布里渊散射效应，提高power-over-fiber系统性能的研究，作者完成了如下工作：
　　1)理论分析了受激布里渊散射阈值的影响因素，并对其进行 matlab仿真。结果表明光纤受激布里渊散射阈值随光纤长度的变化趋势如下：先随光纤长度的增加而减小，当光纤长度超过一定值后，受激布里渊散射阈值基本保持不变，且光纤受激布里渊散射阈值理论上与注入到光纤中的泵浦光线宽成正比关系。
　　2)研究了噪声信号直接调制分布反馈(DFB)半导体激光器时，输出光频谱、光谱和时序的变化，使用延时自外差法精确测量激光器输出光线宽。结果表明噪声信号直接调制分布反馈(DFB)半导体激光器时，对输出光频谱、光谱和时序影响较小，同时激光器线宽从2.43MHz连续展宽至379.89MHz。
　　3)搭建了光纤受激布里渊散射阈值测量系统，分析了泵浦光线宽和光纤长度对光纤受激布里渊散射阈值的影响，并且测量了激光线宽展宽对power-over-fiber系统传输电功率的影响。实验结果表明，使用噪声信号直接调制分布反馈(DFB)半导体激光器使激光器线宽从2.43MHz展宽至379.89MHz时，光纤后向散射光谱中的布里渊斯托克斯散射光可以被抑制40.90dB，光纤受激布里渊散射阈值平均提高了7.19dB，power-over-fiber系统的饱和输出电功率平均提高了13.55dB。所以使用噪声信号直接调制分布反馈(DFB)半导体激光器的方法可以有效抑制光纤的受激布里渊散射效应，提高光纤受激布里渊散射阈值，改善power-over-fiber系统的传输性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 Power-over-Fiber系统的发展及现状

1.3 受激布里渊散射效应及其抑制

1.4 本文研究内容及文章结构

第二章 激光器线宽展宽机理和光纤受激布里渊散射原理的分析与仿真

2.1 噪声信号直接调制DFB激光器引起线宽展宽的原理

2.2 光纤受激布里渊散射阈值分析

2.3 光纤受激布里渊散射的Matlab仿真

2.4 本章小结

第三章 噪声信号直调DFB激光器时的输出光特性

3.1 噪声信号调制前后，DFB激光器输出光的频谱、光谱和时序的变化

3.2 DFB激光器输出光线宽的测量

3.3本章小结

第四章 受激布里渊散射效应的抑制及其在

4.1 光纤受激布里渊散射效应的抑制

4.2 光纤受激布里渊散射阈值的变化

4.3 Power-over-Fiber系统性能提升的实验验证

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 未来展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录