基于透明陶瓷的高速可变光衰减器及其控制电路的设计

论文摘要

为了满足光网络与日俱增的传输带宽，波分复用系统(WDM)成为目前的主流技术，它正朝着两个方向发展：更高的传输速率和更多的数据通道。掺铒光纤放大器(EDFA)是WDM系统不可或缺的组件，为了提供动态可调的功率增益，它常常和可变光衰减器(VOA)一起使用。VOA可使光功率在较宽的频谱范围内保持增益的平坦性。本论文的主要工作是实现了一种基于高速电光陶瓷材料的可变光衰减器，并用试验数据证明了该方法制造的VOA的优良特性。 当前光衰减器的主流技术有很多种，包括机械型，磁光效应，热光效应，电光效应，声光效应，MEMS技术及光波导技术等。过去由于受材料的限制，无法找到足够高电光系数的透光材料，所以基于电光材料制造的光器件鲜有耳闻。但是波士顿应用科技公司新近开发的电光陶瓷材料，名为OptoCeramic，具备极高的电光系数，低插入损耗，透光频谱宽，陶瓷耐久性强，成本低等优点，是制造各类光器件的理想材料。但其存在回滞效应且受温度影响大。因此，利用透明铁电陶瓷制成的可变光衰减器，存在稳定性问题。本文采用后反馈闭环控制，制成了可变光衰减器模拟控制电路。实验结果表明模拟电路控制的器件响应时间约10μs，动态衰减范围25dB，插入损耗小于0.6dB，偏振相关损耗小于0.1dB。为了进一步充分利用材料快速响应的特性，本文提出了高速数字控制电路的设计方案，目标是使得整个器件的响应时间达到微妙级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 可变光衰减器（VOA）
• 1.2 VOA的市场需求
• 1.3 VOA技术发展现状
• 1.3.1 分立微光元件技术
• 1.3.2 MEMS技术
• 1.3.3 光波导技术
• 1.3.4 几种主要VOA技术的比较
• 1.4 论文研究的目的和内容
• 第二章 透明电光陶瓷材料及其应用
• 2.1 陶瓷材料
• 2.2.1 OptoCeramic材料
• 2.2.2 材料制造过程
• 2.2.3 材料特性
• 2.2 应用OptoCeramic制成的器件
• 2.2.1 可变光衰减器（VOA）
• 2.2.2 偏振控制器（PC）
• 2.2.3 可调增益倾斜滤波器（VGTF）和动态增益平坦滤波器（DGFF）
• 2.2.4 Q-switches
• 2.2.5 可调光滤波器（TOF）
• 2.3 本章小结
• 第三章 VOA原理和模拟电路设计
• 3.1 VOA结构和原理
• 3.1.1 自由空间结构
• 3.1.2 光衰减实现原理
• 3.1.3 系统结构设计
• 3.2 模拟控制电路设计
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 比例积分控制电路
• 3.2.3 高压电路模块
• 3.2.4 电路仿真结果
• 3.2.4 VOA试验数据
• 3.3 本章小结
• 第四章 高速数字电路设计
• 4.1 概述
• 4.2 前端模拟电路的设计
• 4.2.1 光电管前置放大电路
• 4.2.2 单端转差分信号电路
• 4.2.3 A／D转换电路
• 4.3 主控电路的设计
• 4.3.1 CPLD逻辑设计
• 4.3.2 温度传感器和CPLD接口设计
• 4.4 后端模拟电路的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献