锁模脉冲光纤激光器及其在微波和传感领域中的应用

摘要

锁模脉冲光纤激光器是目前获得高重复率超短光脉冲源的首选方案，傅立叶域锁模(FDML)光纤激光器作为传统锁模技术的补充，是实现高速扫频光源的新兴手段。本文主要研究了包括主动锁模和傅立叶域锁模光纤激光器在内的锁模光纤激光器技术以及它们在光学微波信号产生和光传感领域中的应用，此外还进行了改善光纤通信系统传输性能的信道编码技术的实验研究。
　　 首先简要介绍了光通信系统中超短光脉冲源的产生技术、锁模脉冲光纤激光器技术、锁模脉冲光纤激光器应用技术的发展历史和研究状况。
　　 接着介绍了时域主动锁模光纤激光器和频域傅立叶域锁模光纤激光器两种锁模光纤激光器的研究概况和基本原理。模拟了主动锁模激光腔内脉冲的建立过程，介绍了FDML光纤激光器的基本原理以及其在传感系统中的应用。
　　 然后在主动锁模光纤激光器的研究基础上，介绍了主动锁模光脉冲的稳幅、压缩、整形技术的实现方法。提出了基于梳状滤波器的有理数谐波锁模激光脉冲稳幅技术，获得了等幅的高速超短脉冲序列输出。介绍了基于光纤拉曼放大器和梳状色散光纤压缩系数可控的脉冲压缩器。首次提出了基于可循环光纤环的全光纤动态可调脉冲整形方案，获得高速平顶、三角形、抛物线形的脉冲输出。
　　 再然后研究了锁模脉冲光纤激光器在微波光子学领域中的应用，提出了几种基于光纤激光器的高频微波信号产生方案。提出了基于外腔马赫曾德干涉仪的有理数谐波锁模光纤激光器的光学微波信号产生方案。提出了基于光纤环结构任意波形微波信号产生器，获得了高速锯齿波形状的微波信号源。提出了基于主动锁模光纤激光器和微波光子滤波器的微波信号发生方法。首次提出基于多波长布里渊光纤激光器的可切换微波信号源产生方案。
　　 随后研究了锁模光纤激光器在传感领域中的应用。介绍了频谱受限的FDML光纤激光器及其时域解调工作原理。首次提出将FDML光纤激光器用于远距离FBG传感解调系统中，通过拉曼泵浦的补给实现了76 km远距离应力传感解调。提出了基于FDML光纤激光器的准分布式FBG传感解调系统。
　　 最后介绍了光通信系统的另一关键技术信道编码技术，首次对第三代FEC技术中的LDPC码进行了实验研究，通过搭建背靠背和远距离DQPSK调制解调系统，进行了非二进制QC-LDPC和二进制QC-LDPC传输性能比较。
　　 本文以实验研究为主、理论模拟为辅，针对锁模光纤激光器及其应用技术，提出了多种实验方案，进行了大量的实验验证，对于推进锁模光纤激光器技术及其应用技术的发展具有重要意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 光纤通信系统中超短光脉冲的产生

1．2 锁模脉冲光纤激光器概述

1．3 锁模脉冲光纤激光器及其应用技术概述

1．4 本论文内容概述

1．5 本论文的主要创新点

2 锁模光纤激光器技术

2．1 时域主动锁模光纤激光器

2．2 频域傅立叶域锁模光纤激光器

2．3 本章小结

3 锁模脉冲整形技术

3．1 引言

3．2 有理数谐波锁模脉冲稳幅技术

3．3 基于梳状色散光纤的脉冲压缩技术

3．4 基于外腔光纤环的的脉冲整形技术

3．5 本章小结

4 主动锁模光纤激光器在光学微波产生中的应用

4．1 引言

4．2 基于有理数谐波锁模光纤激光器的光学微波的产生

4．3 基于光纤环的任意波形微波信号的产生

4．4 基于主动锁模光纤激光器和微波光子滤波器光子微波信号产生

4．5 基于布里渊多波长光纤激光器的可切换光学微波的产生

4．6 本章小节

5 傅立叶域锁模光纤激光器在传感领域中的应用

5．1 FDML光纤激光器在远距离FBG传感系统中的应用

5．2 FDML光纤激光器在准分布式FBG传感系统中的应用

5．3 本章小结

6 非二进制LDPC编解码技术的实验研究

6．1 引言

6．2 非二进制QC-LDPC码型基本原理

6．3 非二进制QC-LDPC码型背靠背传输实验研究

6．4 非二进制QC-LDPC码型远距离传输实验研究

6．5 本章小结

7 总结

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果