光柵對脈寬壓縮系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-19 03:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，光脈沖信號中不同波長的光的傳輸速度各不相同，產(chǎn)生色散，包括色度色散和偏振模色散。在單模光纖的傳輸系統(tǒng)中，色散的程度與光脈沖信號的光譜寬度成正線性關(guān)系，這也就是在大容量、大距離單模光纖通信系統(tǒng)中必須采用的使用窄線寬的單縱模半導(dǎo)體激光器的主要原因之一。在可以忽略的頻率色散區(qū)域中，由于兩個相互正交的偏振模式在光纖中的傳輸速度不同而引起的偏振模色散，成為單模光纖色散的主要貢獻(xiàn)[45]。材料色散是由于不同光波長的光在石英玻璃中的折射率不同，并且光源具有一定的光譜寬度，波長不同的光各自的群速率也不同，因此造成了光脈沖的展寬。通常用群時延隨著頻率的變化率表示的材料色散是： （25）單位是ps2/kｍ。習(xí)慣上，還有在實(shí)踐工程應(yīng)用中，經(jīng)常用群時延隨著波長的變化率來表示色散： （26）單位是ps/(kｍ*nｍ)。從式（26）可以看出，材料色散主要由材料參數(shù)決定，它的值在某一特定波長位置會是0，所以這個波長被當(dāng)成是該材料的零色散波長。然而，幸運(yùn)的是，石英光纖材料的零色散波長，這是獲得不僅具有低損耗，而且低色散石英光纖的理論基礎(chǔ)[5]。波導(dǎo)色散是光纖的某一個傳輸模式（基模與多模），由于波長不同的光的群速度不同引起的脈沖展寬。它關(guān)注的是光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的影響，波導(dǎo)色散數(shù)值和光纖折射率分布的結(jié)構(gòu)特異性有關(guān)系。色散主要會產(chǎn)生脈沖展寬和啁啾效應(yīng)。脈沖展寬對系統(tǒng)性能的影響的擴(kuò)大，是主要因素。當(dāng)光纖的色散長度小于光纖傳輸距離時，光脈沖的脈寬就會過大，這時，會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的碼間干擾和誤碼率的增加。色散還會使脈沖產(chǎn)生相位調(diào)制，使脈沖光束的各個部位相對于中心頻率發(fā)生了程度不一的偏離量，即頻率各不相同，這就是脈沖的啁啾效應(yīng)。在一般情況下，材料色散的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波導(dǎo)色散，成為單模光纖色散的首要因素。但是如果在材料的零色散波長左右時，材料色散和波導(dǎo)色散的影響是可以相互消除的。由于石英光纖的零色散波長剛好是在光纖的低損耗窗口上，所以可通過科學(xué)的設(shè)計光纖結(jié)構(gòu)，使材料色散與波導(dǎo)色散在低損耗窗口上相互對消，生產(chǎn)出色散優(yōu)良的石英光纖[5]。單模光纖中，基模中的偏振模式是相互正交的。理想狀況下，兩種偏振模式的曲線是相同的，傳輸性質(zhì)也是相同的，但是外部因素的干擾下，兩種偏振模式于是就具有不同的傳輸速度，產(chǎn)生時域上的延遲，偏振模色散形成。相對于其他色散，偏振模色散可以幾近忽略，但卻不能完全消除，只能通過光學(xué)器件的優(yōu)化設(shè)計，使偏振模色散最小。脈沖寬度越窄的超高速系統(tǒng)中，偏振模色散的影響比較大。偏振光的偏振度[6]： (27)Imax:偏振光沿某一方向上所具有的能量最大值。Imin:偏振光在其垂直方向上所具有的能量最小值。Imax=Imin，P=0，為自然光；Imin=0，P=1，為線偏振光，是偏振度最大的偏振光。 偏振光的偏振度是偏振模色散中的重要因素，處理好偏振度，是更好的在光線中傳輸信號的前提條件。 光柵：作為一種分光原件，分光原理是把波長不同的同級譜線以不同的衍射角按順序在一定的位置上聚焦，從而把各個波長的光波分開。光柵分為透射光柵和閃耀光柵。所謂透射光柵，便是在一塊透明的屏板上刻有許多相互平行、等寬等間距的刻痕，其中刻痕被認(rèn)為是不透光的。這是一種獲得普遍使用的光柵，這種結(jié)構(gòu)可以使光在空間分散開。： 透射光柵實(shí)驗裝置示意圖光柵常數(shù)d=a+b，反映的是光柵的空間周期性，其倒數(shù)1/d表示每毫米內(nèi)有多少條狹縫，成為光柵密度。a:縫寬，b：相鄰兩縫間不透明的寬度。當(dāng)平行光束垂直光柵面入射時，透射光柵的光柵方程[6]： (k=0,) （28）整數(shù)k表示光譜線的級數(shù)。 當(dāng)平行光束斜入射時，入射方向和光柵平面的法線之間的夾角為θ0則光柵方程（28）式將要適當(dāng)改變。 斜入射時的光柵方程θ表示衍射方向與法線之間的夾角，其角度取正值。當(dāng)衍射角θ和入射角θ0在法線同側(cè) [（a）]，則光柵方程則變?yōu)? （29）當(dāng)衍射角θ和入射角θ0在法線兩側(cè) [（b）]，則光柵方程則變?yōu)? （210）使用透射光柵時，若測得衍射角θ，根據(jù)以上式，就可以算出所用光波的波長了。閃耀光柵是平面反射光柵，以磨光的鍍鋁膜的金屬板為胚子，用楔形鉆石刀頭在它的表面刻畫出一系列等間距的鋸齒形槽面制成的。由于金屬鋁反射率高，工作波段寬。容易加工，所以閃耀光柵常用金屬鋁板來制造。 閃耀光柵是由一系列平行的間隔相同的凹槽組成。如果入射波長是比槽間距大得多，不會發(fā)生衍射。若是小得多，溝槽就相當(dāng)于鏡子，不會發(fā)生衍射。在這樣刻成的閃耀光柵中，起衍射作用的槽面是個光滑的平面，它與光柵面有一夾角，稱為閃耀角。閃耀光柵，是設(shè)計的一種在特定衍射級別產(chǎn)生最大衍射效率的特定的反射或者投射衍射光柵結(jié)構(gòu)。這意味著，在設(shè)計的衍射級別上光功率占大多數(shù)，同時在其他級別（尤其是零級）光功率的損失最小。基于這種設(shè)計，每一個閃耀光柵都對應(yīng)著一個特定波長，光強(qiáng)度最大，稱為閃耀波長。 20 閃耀光柵的結(jié)構(gòu) 閃耀光柵的光路圖根據(jù)實(shí)驗要求，通過對閃耀角的設(shè)
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