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温控高精度大范围连续可调光纤延迟线的研究

作　者: 吴雷
导　师: 吴龟灵
学　校: 上海交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 温控光纤延迟线大动态范围连续可调频率传递半导体制冷片
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 62次
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内容摘要

光纤延迟线是高精度光信息处理与传递系统中的重要组成部分,广泛应用在电子对抗技术、时间频率发布系统、相控阵雷达等诸多领域。与电延迟器件相比,光纤延迟线具有工作频率高、延迟时间长、时间带宽积大、不存在电磁干扰、损耗低等诸多优点。在长距离信息传递系统中,由于光纤信道受到温度、地壳运动、人为扰动等影响,会产生较大传输时延抖动。为了实现高稳定度的信号传输,需要使用大范围连续可调的光纤延迟线对噪声进行补偿。常见的光纤延迟线大多是增量可调、非连续的,并且光延迟动态范围局限在几百皮秒量级。但是在某些应用场合,需要大动态范围并且连续可调的光延迟量,温度调谐法是实现纳秒量级连续可调光延迟线的主要方法,也是国内外研究学者通常采用的方法。本文主要研究大动态范围、精密连续可调的光纤延迟线。设计并制作了光延迟动态范围7.3ns、光延迟量连续可调的温控光纤延迟线,温度变化范围40℃,光延迟动态范围高于美国NASA和日本NICT报道的温控光纤延迟线动态范围。使用本温控光纤延迟线对光纤频率传递系统进行传输时延抖动补偿,并用matlab仿真了比例积分微分(PID)控制方案的控制效果,实验结果与仿真结果相吻合。在环境温度噪声的影响下,补偿精度达到0.5ps。在幅度为200ps,变化速度为2.5ps/s的三角波光纤传输时延抖动噪声的影响下,补偿精度达到5ps。本文首先介绍了光纤延迟线时延与热交换功率的关系以及半导体制冷片的电热效应;提供了温控光纤延迟线重要参数分析与确定方法,如温度变化范围、半导体制冷功率、箱体结构等参数;设计实现了温控光纤延迟线驱动电路。其次,本文仿真了温控光纤延迟线热传导模型。基于热传导的基本原理分别仿真了半导体制冷片到热导介质、热导介质到光纤涂覆层、光纤涂覆层到光纤芯层的热传导过程,得出了在加热和制冷条件下的光纤传输时延变化图,为大动态温控光纤延迟线的设计和加工提供了技术指导。最后,本文测试了温控光纤延迟线的性能。不仅测量了光纤传输时延动态范围和变化速度,还分别测试了温控光纤延迟线升降温特性、温度动态范围与功率之间的关系以及温控光纤延迟线各部分对温控箱体温度动态范围的影响,对比测量了有无保温箱体时的光纤传输时延变化。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-19
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 温控光纤延迟线在光纤时频传递系统中的应用  13-15
  1.3 温控光纤延迟线研究现状  15-16
  1.4 本文主要工作  16-19
2 温控光纤延迟线设计原理  19-40
  2.1 温控光纤延迟线原理  19-21
  2.2 温控光纤延迟线结构设计  21-27
    2.2.1 箱体结构设计  21-23
    2.2.2 散热装置设计  23-25
    2.2.3 箱内光纤热传结构设计  25-27
  2.3 半导体制冷器  27-31
    2.3.1 半导体制冷器原理  27-30
    2.3.2 半导体制冷器结构  30-31
  2.4 温控光纤延迟线参数确定与分析  31-35
    2.4.1 箱内温度范围设定  31-33
    2.4.2 电热功率设定  33-35
  2.5 温控电路设计  35-39
  2.6 本章小结  39-40
3 温控光纤延迟线性能仿真  40-48
  3.1 热传基本原理  40-41
  3.2 光纤热传仿真  41-43
  3.3 光纤与热导介质热传仿真  43-44
  3.4 箱体结构设计仿真  44-47
  3.5 本章小结  47-48
4 温控光纤延迟线测试与分析  48-58
  4.1 系统测试方案  48-50
    4.1.1 温度测量方案  48
    4.1.2 时延测量方案  48-50
  4.2 温度控制测试与分析  50-53
    4.2.1 温控箱各部分性能对比测量  50-53
    4.2.2 温度动态范围与功率关系  53
  4.3 时延测试和分析  53-56
    4.3.1 温控光纤延迟线时延测量  53-56
  4.4 本章小结  56-58
5 温控光纤延迟线在光纤频率传递系统中的实验研究  58-71
  5.1 光纤频率传递光学相位补偿系统仿真  58-64
    5.1.1 补偿控制方法仿真设计  58-61
    5.1.2 系统仿真分析  61-64
  5.2 温控光纤延迟线补偿光纤频率传递相位噪声实验  64-70
    5.2.1 温控光纤延迟线补偿环境噪声实验  64-68
    5.2.2 温控光纤延迟线对三角波噪声补偿实验  68-70
  5.3 本章小结  70-71
6 总结与展望  71-73
7 致谢  73-74
8 攻读学位期间发表论文及申请专利情况  74-75
9 参考文献  75-80

温控高精度大范围连续可调光纤延迟线的研究

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