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密集波分复用光源关键技术研究

2020-11-23阅读(691)

密集波分复用光源关键技术研究

论文摘要

当代社会和经济发展中,信息容量日益剧增,为提高信息的传输速度和容量,光纤通信被广泛的应用于信息化的发展,成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM）技术是提高光纤通信系统容量的最主要技术。随着通信系统容量的增加,DWDM系统的信道数成倍增加,每个信道容量也逐步提升,这些都大大增加了对DWDM光源输出精度和稳定性的要求。本文在对DWDM光源设计的各项关键技术进行综述的基础上,结合目前实际情况,提出了从LD（Laser Diode, LD）的控制模型入手,研究DWDM光源混合式控制技术。首先从LD的温度特性入手,分析了分布反馈式LD（Distribute Feedback Laser diode, DFB-LD）的温度控制误差、温度控制对象。在温度特性的基础上,以LD的速率方程为基础,进一步分析了输出功率和输出波长特性。并以自主设计的LD参数测试仪为核心搭建测试系统,对模型进行实验验证。以LD的温度控制对象模型为基础,分析DWDM光源运行规律,设计DWDM光源的温度控制系统。该温度控制系统利用软硬件复合补偿的方法提高温度控制的精度,利用模糊参数可调的模拟PI控制器提高系统的稳态响应。为了解决温度启动过程中的时间滞后,改善系统的响应速度,采用单独的温度启动控制策略,启动阶段采用带预测的模糊-PI控制器,在保证系统的快速性的基础上尽量减少系统超调,同时对控制对象的时间滞后有抑制作用。在高精度、高稳定的温度控制基础上,利用LD的波长-温度关系,设计了LD的波长锁定模块。分析了引起波长漂移的因素,设计了LD的模拟老化实验,验证波长锁定模块的波长控制效果。依据国家标准对DWDM光源的输出波长的长期稳定度进行测试。以LD的功率输出特性模型为基础,依据DWDM光源系统的设计要求,设计了自动功率控制/自动电流控制（APC/ACC）的功率控制器,并依据相关国家标准进行了功率的稳定度输出测试,验证功率控制器的控制效果。分析了浪涌对LD的危害,设计了防静电、软启动、LD过流保护一系列的LD的浪涌保护措施,同时设计了半导体制冷器的过流保护装置,保证系统长期正常工作。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 DWDM 系统的国内外发展现状
  • 1.3 DWDM 光源设计的关键技术
  • 1.3.1 LD 的温度控制技术
  • 1.3.2 LD 的波长漂移检测技术
  • 1.3.3 LD 的波长控制技术
  • 1.3.4 LD 的建模技术
  • 1.4 研究的方法和技术路线
  • 1.5 本文研究的主要内容
  • 第2章 基于温度特性的DFB-LD 稳态特性模型
  • 2.1 引言
  • 2.2 基于温度特性的DFB-LD 稳态特性模型
  • 2.2.1 DFB-LD 的结构
  • 2.2.2 温度控制系统的稳态误差
  • 2.2.3 温度的控制对象
  • 2.2.4 光功率的稳态特性
  • 2.2.5 波长的稳态特性
  • 2.3 仿真与实验结果
  • 2.3.1 静态温度误差分析
  • 2.3.2 温度控制对象分析
  • 2.3.3 功率稳态特性分析
  • 2.3.4 波长稳态特性分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 基于复合补偿的LD 模糊温度控制技术研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 DWDM 光源温度控制特点
  • 3.2.1 DWDM 光源运行特点分析
  • 3.2.2 温度控制系统的设计目标
  • 3.2.3 影响温度控制系统输出特性的因素
  • 3.3 软硬件复合补偿式模糊温度控制系统设计
  • 3.3.1 模拟式模糊温度控制器设计
  • 3.3.2 模糊温度控制器的复合补偿
  • 3.4 温度的启动控制
  • 3.4.1 模糊化方法
  • 3.4.2 自修正因子的模糊控制规则设计
  • 3.4.3 预测修正模型
  • 3.5 实验结果
  • 3.5.1 温度控制稳态精度实验
  • 3.5.2 温度控制动态效果实验
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 基于高性能温度控制的LD 驱动技术研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 采用标准具检测的波长锁定技术
  • 4.2.1 温度补偿的波长锁定装置
  • 4.2.2 波长锁定结果与评估
  • 4.3 光源的功率控制技术
  • 4.3.1 ACC/APC 控制
  • 4.3.2 功率控制效果实验
  • 4.4 LD 的保护技术
  • 4.4.1 半导体制冷器的保护
  • 4.4.2 LD 的浪涌保护技术
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 基于休眠的DWDM 光源监控技术研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 影响DWDM 光源输出特性的不稳定因素
  • 5.2.1 LD 的老化
  • 5.2.2 噪声
  • 5.2.3 光电二极管的参数漂移
  • 5.3 基于休眠的低噪声数字监控系统设计
  • 5.3.1 数字监控系统的设计目标
  • 5.3.2 基本光源通道的设计
  • 5.3.3 数字监控系统硬件设计
  • 5.3.4 数字监控系统软件设计
  • 5.4 远程监控技术研究
  • 5.4.1 在线波长和功率校正技术
  • 5.4.2 其它基本功能
  • 5.5 远程监控系统波长漂移控制效果
  • 5.5.1 注入电流-波长漂移实验
  • 5.5.2 温度-波长漂移实验
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
  • 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
  • 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
  • 致谢
  • 个人简历

    • 相关论文文献

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