基于马赫-曾德尔干涉仪的超短光脉冲合成系统

基于传输矩阵法对马赫-曾德尔干涉仪的输出特性进行分析,结果表明,当干涉臂臂长差为中心波长与有效折射率比值的整数倍时,马赫-曾德尔干涉仪具有微分特性,且微分阶数与级联的干涉仪数目成正比。根据信号系统理论知识,利用马赫-曾德尔干涉仪的微分特性,设计出基于马赫-曾德尔干涉仪的超短光脉冲合成系统,并通过调节输入高斯脉冲及其各阶微分的加权系数,将输入的高斯脉冲分别合成为平顶脉冲、三角脉冲以及抛物线型脉冲。改变高斯脉冲各阶微分加权系数与输入脉冲宽度发现,输出脉冲波形基本保持不变,系统的稳定性良好。     

复合光纤马赫-曾德尔外差干涉位移在线测量系统

研究了一种复合光纤马赫-曾德尔外差干涉测量系统,并采用该系统对位移进行在线测量。基于光纤光栅只反射布拉格波长的特性,构建了两个独立但光程几乎重合的光纤马赫-曾德尔干涉仪。其中的一个马赫-曾德尔干涉仪用于完成测量工作,另一个马赫-曾德尔干涉仪用于监测环境干扰,补偿环境干扰对测量结果的影响,使测量系统适合用于在线测量。位于马赫-曾德尔干涉仪参考臂的声光调制器组可对参考光进行移频,当参考光与测量光会合时形成外差干涉信号,实现外差干涉测量。实验中,该系统对100μm位移进行10次重复测量的标准差为6 nm。     

基于游标效应解调的少模光纤应变传感器

提出并制备了一种基于游标效应的高灵敏度光纤马赫-曾德尔应变传感器。该传感器由两个自由光谱范围相近的马赫-曾德尔干涉仪并联构成。其中单个马赫-曾德尔干涉仪是由一段无芯光纤和一段少模光纤拼接在两根单模光纤之间制成的。两个马赫-曾德尔干涉仪的自由光谱范围相近而不相等,并联叠加后产生游标效应,达到增敏的效果。实验结果表明,在0~166.667με的应变范围内,单个干涉仪的应变灵敏度为-1.90 pm/με,两个干涉仪并联叠加谱包络的应变灵敏度为12.06 pm/με。该传感系统采用并联方式实现游标效应,具有制作简单、灵活性高、灵敏度高等优点,可广泛应用于精密测量领域。     

基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发

提出一种基于对称相移键控混沌同步的高速密钥安全分发方案：混沌驱动信号对称地经过两个非平衡马赫-曾德尔干涉仪驱动无外腔反馈的响应激光器,并通过随机键控马赫-曾德尔干涉仪中的相位调制器实现相移键控混沌同步。通信双方对相移键控混沌同步时序进行双阈值量化产生随机密钥,然后交换、对比键控参数并筛选出参数相同（即键控相位相同）时的随机密钥作为一致密钥,实现密钥分发。本方案中,混沌驱动信号经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪产生了基于延时自干涉的非线性变换,降低了驱动信号与响应信号之间的相关性（～0.25）,提高了密钥分发的安全性。此外,利用共驱无外腔反馈响应激光器构成开环同步结构,缩短混沌同步恢复时间至～1.8 ns,提高了密钥分发速率。数值仿真结果表明,在误码率为3.8×10^-3的条件下,可实现1.28 Gbit/s的高速密钥安全分发。     

马赫-曾德尔干涉仪的应用研究

主要介绍马赫-曾德尔干涉仪在传感和解调方面的应用及其优势。在传感领域,应变和温度都会引起马赫-曾德尔干涉仪相位的变化,基于此提出一种利用马赫-曾德尔干涉仪和光纤布拉格光栅测量应变和温度的传感系统,并分析系统的工作原理。     

基于级联马赫-曾德尔调制器的太赫兹通信系统

为了有效解决太赫兹通信系统中信号难以调制,影响通信系统性能的问题,提出了一种基于级联马赫-曾德尔调制器的太赫兹通信系统。将要传递的伪随机不归零码与频率为10GHz的射频本振信号混频后调制到级联马赫-曾德尔调制器上,通过调节两个调制器的偏置电压,使其分别偏置在最大传输点和最小传输点上,得到的光载波信号经过光放大器放大,结合高非线性光纤的四波混频效应,利用相移布喇格光栅进行模式选择,经过光电转换后的太赫兹信号通过基带数据恢复,可以得出该太赫兹通信系统传输的误比特率。结果表明,基于级联马赫-曾德尔调制器结构可以将太赫兹信号的产生与调制结合到一起。该研究对太赫兹通信系统的实用化有一定借鉴意义。     

基于马赫-曾德尔干涉仪和光纤光栅的光分插复用器

光分插复用器(OADM)是波分复用(WDM)系统中的关键器件之一。提出了一种结构新颖的基于马赫-曾德尔(M—Z)干涉仪和光纤光栅(FBG)的光分插复用器，它由两个三端口光环形器、一个光纤光栅和一个马赫-曾德尔干涉仪组成，马赫-曾德尔干涉仪起着光开关的作用。对光分插复用器的输出特性进行了实验研究，实验中调节干涉仪的臂长差，可以实现信号的上下载或直通功能，上下载时通道的隔离度大于20dB。这种结构的光分插复用器具有结构简单、体积小、价格低等优点，在波分复用技术中具有实际应用价值。     

马赫-曾德尔干涉仪对抑制延时特征的作用机理研究

双光反馈和双光注入作为抑制光反馈混沌激光器延时特征峰的两种重要方案,本质上都是通过马赫-曾德尔干涉仪对延时特征峰进行抑制。总结了两种方案中干涉仪对延时特征峰的抑制规律,系统分析了干涉仪在抑制延时特性中的作用与机理。当干涉仪的两臂接近相等时,两路混沌激光的电场强度和相位具有较强的相关性,光的叠加以相干叠加为主,混沌激光的延时特征峰随τd(由于干涉仪两臂存在光程差产生的时间延迟)呈周期性变化;当干涉仪的两臂臂长相差较大且不成比例时,两路混沌激光的电场强度和相位的相关性降低甚至消失,光的叠加为非相干叠加,但是对延时特征峰的抑制仍由干涉项决定,主延时特征峰不随τd变化,同时产生新的延时特征峰。     

双延时反馈光电振荡系统产生混沌激光的动力学特性

在光电振荡器(OEO)混沌系统的基础上,将混沌激光输出重新反馈到马赫-曾德尔调制器(MZM),使原系统的增益系数发生动态变化,同时在系统中引入第二个时间延迟。从理论上研究了改进后混沌系统的反馈时间和反馈强度对系统复杂性和延时特征的影响。仿真结果表明:光反馈OEO输出的混沌激光更复杂,延时特征更低。当光反馈的延时时间与光电反馈的延时时间相同时,光反馈OEO系统表现出较好的混沌动力学特性。该方法在不过多增加系统成本的前提下,可产生更复杂的混沌信号,同时可以降低信号延时特征,有利于提高通信系统的安全性。     

基于MZI和取样光栅的可调谐光分插复用器

提出一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)和取样光纤布拉格光栅(SFBG)的新型光分插复用器(OADM),它由两个并联马赫-曾德尔干涉仪和四个取样光纤布拉格光栅组成.对该光分插复用器的输出特性进行了理论仿真,研究得出通道间隔为0.8nm时下载和输出端口的光谱特性,研究发现干涉仪的臂长差和取样光栅的中心波长差是决定光分插复用器输出特性的主要因素.调节一个马赫-曾德尔干涉仪上的臂长差和取样光栅的中心波长,可以实现信号下载可调功能或直通功能.     

基于环行腔光纤激光器的应力传感器

提出并演示了一种基于大直径光纤锥的马赫曾德尔干涉仪应力传感器。以锥形光纤马赫曾德尔干涉仪作为滤波器,对掺铒光纤的增益谱进行梳状滤波,最终在环行光纤谐振腔中实现激光的产生并输出。所采用的马赫曾德尔干涉仪在作为滤波器件的同时也能够对光纤轴向应力进行传感,最终实现激光器输出波长随应力增加而向短波长方向漂移,实验结果显示其在波长1557 nm附近传感的敏感度达到了3 pm/。基于该锥形光纤的马赫曾德尔干涉仪具有成本低、制作简便和机械强度高的优点,使其更有利于商业化规模制作。     

基于平衡探测的集成光波导电场传感器研制

为了进一步提高传感系统的灵敏度,在一片铌酸锂晶片上设计双平行非对称马赫-曾德尔干涉仪型光波导结构,并在光波导的周围设计分段电极,实现方向相反的电光调制,为此研制出尺寸为78 mm×14 mm×7.5mm的集成光波导电场传感器.采用LTspice仿真软件设计一种跨阻抗平衡光电探测电路,采用差分法实现对共模噪声的抑制,从而提高电场传感器的灵敏度.实验结果表明,传感系统时域可测电场强度范围为33～3000 V/m,线性动态范围为35 dB,适用于弱电场的时域测量.     

马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪非线性误差分析

马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪是一种重要的光偏振态实时测量技术。为了提高测量系统的精度、降低误差,采用外差干涉光路分析和数值模拟的方法,理论推导了透射式马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪光路的误差公式。结果表明,光源偏振的椭圆化程度,偏振分光棱镜消偏比及倾斜都能引起测量误差;同误差参量下待测光束不同的椭偏比和s,p分量相位差得到的测量误差不同;马赫-曾德尔外差干涉仪的误差结果与迈克尔逊外差干涉仪相近。     

基于马赫-曾德尔干涉仪生成矢量涡旋光束

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)产生高阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的方法。利用半波片和偏振分光棱镜组合调节支路光束振幅,搭配常用的两个半波片组调节合成光束的相位,进而生成并变换矢量涡旋光束,优化了传统的实验光路,降低了光束能量损耗,利用1/4波片实现不同高阶庞加莱球上矢量涡旋光束的变换。与现有的基于马赫-曾德尔干涉仪矢量光束生成方法比较,该光路结构简单,光束转换效率提高。在理论上,通过琼斯矩阵计算,在拓扑荷数为m=±1高阶庞加莱球上得到了各矢量涡旋光束的偏振态。根据该方法搭建了一套矢量涡旋光束产生的实验光路,实验结果与理论分析一致,证明了这种方法的实用性。     

相位调制平行光延迟器的微波高精度测量

提出了一种新的相位调制平行光延迟器,使用双电极马赫-曾德尔调制器进行高精度测量微波信号到达角及等效到达时间差,建立了一个理论模型来分析系统的测量精度监控。空间时延测量转换成两个微波信号之间的相移,精度监测的结果显示,对从5°~165°相移的测量误差小于3.1°,具有重要的应用价值。     

超紧凑全光纤马赫-曾德尔干涉仪及其应变特性研究

设计了一种由封闭在光纤内的纺锤型空气腔和其周围的SiO2构成的三明治结构全光纤马赫-曾德尔干涉仪,并将其用于应变传感.纺锤型空气腔利用光子晶体光纤和普通单模光纤熔接后再拉锥形成.由于干涉仪的两个干涉臂介质为空气和SiO2,因此超短的干涉臂长使光传输损耗大大降低,构成了超紧凑马赫-曾德尔干涉仪.该干涉仪用于应变传感可大大减小弯曲带来的串扰,提高系统的稳定性.建立了超紧凑马赫-曾德尔干涉仪模型,基于FDTD算法对干涉仪输出的干涉条纹以及各部分的电场分布进行了仿真,得到了应变传感器干涉条纹波谷波长与应变的关系,为设计制作超紧凑全光纤马赫-曾德尔应变传感器提供了理论依据.     

基于混沌扩频序列的OCDMA保密通信

分析了光网络对安全通信的需求,介绍将混沌序列直接代替扩频序列的可行性.提出了混沌序列与OCDMA系统结合运用的思路,在介绍OCDMA系统的基础上引进混沌序列加密.重点介绍了一种基于现有WDM网络的混沌保密通信的思路,讨论了混沌技术用于光网络的发展趋势.     

干涉型光纤传感器中的双重降噪方法

基于马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构,构造了全保偏光纤传感系统,以单频窄线宽保偏光纤激光器作为光源,采用了光源光电负反馈和双光路平衡检测双重降噪方法,降低了光源的附加强度噪声,使系统信噪比(SNR)提高了约15 dB,达到60 dB。     

一种新颖的复合环形谐振腔的理论分析

文章基于环形谐振腔所具有的非线性相位传输特性,提出了一种新型的动态光谱滤波器结构,它将全通环形谐振腔调相器接入平衡马赫-曾德干涉仪,实现复合结构的动态滤波特性.与传统的马赫-曾德干涉仪相比,此复合滤波结构可利用远小于π的相移调整实现输入光信号的开关,因此,在提高开关速度、降低调相器功耗等方面具有重要的应用价值.     

混沌多值序列用于光码分多址系统的性能分析

针对光码分多址(OCDMA)系统对地址码的要求,提出了一种利用3阶Chebyshev混沌多值序列编码的方案,给出了码字的生成方法;基于相移超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)编/解码器,利用传输矩阵法仿真分析了系统相关特性与码字长度、量化级数的关系.结果表明,多值混沌序列用于OCDMA频谱相位编码是可行的.