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基于透明铁电陶瓷高速光开关的设计与实验研究

作　者: 刘文娟
导　师: 金晓峰；章献民
学　校: 浙江大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 光开关透明铁电陶瓷电光效应反馈控制
分类号: TN256
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 130次
引　用: 2次
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内容摘要

光开关主要用来实现光路的通断和切换。它是构成光分插复用器以及光交叉连接器的关键器件之一,在光通信光网络中有着广泛的应用。本论文研究的是基于透明铁电陶瓷电光效应的高速光纤光开关,它的主要特点是响应速度很快,插入损耗较低,串扰也较小。本论文提出了一种具有反馈控制结构的透明铁电陶瓷光开关,并具体分析了反馈监控系统的电路部分和算法设计。该结构光开关通过反馈监控透明铁电陶瓷的状态来修正透明铁电陶瓷上所加驱动电压的大小,以达到减小光开关串扰,提高光开关性能的效果。本论文分别设计了1×2和2×2光开关的光路方案,并从理论上分析它的工作原理和改进措施。它是一种空间光路光开关,主要包括实现光分束合束的双折射晶体和偏振分束镜以及控制光偏振态的透明铁电陶瓷。对于组成光开关光路的各主要元件进行理论计算分析和设计,使之达到光路设计的要求。本论文还提出了研制光开关的各步工作和相关光路调试实验,并设计光开关封装。最后,本论文还对研制完成的光开关样品进行其主要性能测试实验设计和研究,并对光开关输出光功率和透明铁电陶瓷上所加电压关系进行实验测量研究。实验结果表明,本论文所设计的光开关具有开关速度快、偏振无关、插入损耗小、串扰小等特点。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 引言  7
  1.2 光开关的主要应用  7-10
    1.2.1 光开关用于OADM设备  7-8
    1.2.2 光开关用于OXC设备  8-9
    1.2.3 光开关用于网络的自我保护  9
    1.2.4 光开关用于网络的监视功能  9
    1.2.5 光开关用于光纤通信器件测试  9-10
  1.3 国内外光开关研究现状  10-14
    1.3.1 微电子机械(MEMS)光开关  10-11
    1.3.2 液晶光开关  11-12
    1.3.3 磁光开关  12
    1.3.4 喷墨气泡光开关  12
    1.3.5 热光效应光开关  12-13
    1.3.6 全息光栅开关  13-14
  1.4 本论文主要研究的内容  14-15
第二章电光效应和透明铁电陶瓷  15-25
  2.1 电光效应  15-19
    2.1.1 光在晶体中的传播  15-17
    2.1.2 电光效应  17-19
  2.2 透明铁电陶瓷  19-23
  2.3 透明铁电陶瓷制作的光开关  23
  2.4 本章小结  23-25
第三章光开关设计及相关计算分析  25-44
  3.1 透明铁电陶瓷光开关的反馈控制系统设计  25-30
    3.1.1 高压产生电路  26
    3.1.2 PD采样放大电路  26-27
    3.1.3 其他硬件部分设计  27-29
    3.1.4 反馈控制算法设计  29-30
  3.2 透明铁电陶瓷1×2光开关的光路方案  30-35
    3.2.1 初始的1×2光开关的光路方案  30-33
    3.2.2 改进的1×2光开关光路方案  33-35
  3.3 透明铁电陶瓷2×2光开关的光路方案  35-38
  3.4 光开关中主要元件的计算和设计  38-43
    3.4.1 双折射晶体  38-39
    3.4.2 光纤准直器  39-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章光开关的研制及实验研究  44-58
  4.1 光开关的光路调试  44-48
    4.1.1 波片的粘贴  44
    4.1.2 双折射晶体的挑选  44
    4.1.3 测试波片粘贴引起的损耗  44-45
    4.1.4 屋脊棱镜和双纤准直器配对实验  45-46
    4.1.5 整个光路的搭建调试  46
    4.1.6 光开关封装设计  46-48
  4.2 光开关主要性能测试研究  48-55
    4.2.1 插入损耗(Insertion loss)和串扰(Crosstalk)测试  48-49
    4.2.2 偏振相关损耗(PDL)测试  49
    4.2.3 光开关的回波损耗(return loss，RL)测试  49-50
    4.2.4 开关时间测试  50-53
    4.2.5 波长相关损耗(WDL)测试  53-55
  4.3 光功率随驱动电压变化的实验研究  55-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章总结与展望  58-59
  5.1 本论文工作总结  58
  5.2 未来工作和前景展望  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
附录攻读硕士学位期间的专利申请  64

基于透明铁电陶瓷高速光开关的设计与实验研究

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