2022年电光调制的开题报告 .pdf

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1、电光调制原理和仿真电路的研究学生：* 指导教师： * * 大学理学院1课题来源自选课题2研究目的和意义光纤通信技术是通过将电信号加载到激光并通过光纤进行通信的技术，其频带宽、 容量大等优点而迅速成为当今信息传输的主要形式。目前, 10Gbit/s 系统已经广泛应用,40Gbit/s系统技术已基本成熟, 随着码速的提高,技术难度越来越大,需要解决的问题更多,调制解调是其中重要技术之一。要实现光纤通信,首先必须把信号加载到光源的发射光束上,这就需要进行光调制。超高速通信系统要求外调制器具有足够的调制带宽、低驱动电压和高饱和功率,此外高消光比、 低啁啾、 低插入损耗和低偏振相关性也是重要因素。在高速

2、光通信中应用的调制器的种类繁多,性能各异。调制器的基本原理一般都是通过某种物理效应，如采用电光效应、 磁光效应、 声光效应和电吸收效应等来改变光波的相位、强度和偏振态等来实现对光的调制。光电检测技术是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转换成光通量,再转换成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量.作为电检测技术的发展，有着许多不可比拟的优势。同时， 对光源的信息加载与调制同样也很重要，电光调制也在这一领域同样得到了广泛的应用。3研究现状和发展趋势，学术动态，综合分析提出研究课题的主攻方向基本原理： 输入的线偏振光在调制晶体中分解为一对偏振方位正交的偏振光，在晶体中传播过一

3、段距离后获得相位差。在线性电光效应（泡克耳斯效应）中是外加电压的线性函数，在二次电光效应（克尔效应）中是外加电压的二次函数。在输出的偏振元件透光轴上这一对正交偏振分量重新叠加，输出光的振幅或相位被外加电压所调制。下图为典型的利用3LiNbo晶体横向电光效应原理的激光强度调制器：(1) 研究现状和发展趋势以线性电光效应为理论基础的电光调制是目前应用范围最广泛的一种光调制方法. 几乎一切的自然界物理信号都可以转化为电信号, 而又因为线性电光效应响应时间短, 因此电光调制技术在信号调制方面拥有无可比拟的优势. 电光调制器可以对光波进行调幅、调强、调频、调相和调偏振 , 应用领域非常广阔, 除了可以作

4、为一种关键器件应用于高速光纤通信网络外 , 还可以用于光纤传感器、光谱展宽、电光开关、光纤陀螺、电压测量以及光波偏振态测量等诸多方面。对各类调制器的探讨：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - MZ 型光调制器有LN-MZ(LiNbO3 Mach-Zehnder) 调制器、 GaAs-MZ 调制器和聚合物-MZ 调制器等几种。3.1.1 LN-MZ光调制器LiNbO3 干涉型光调制器是目前得到广泛应用的高可靠性外调制器,

5、已经应用于超高速信息传输系统中。LiNbO3光调制器研究的主要问题:在设计 40Gbit/s 系统使用的LiNbO3光调制器时 ,需要考虑的因素有驱动电压、光电信号速度匹配、特性阻抗、电信号的衰减常数、调制带宽、波长啁啾量和插入损耗等.驱动电压、信号速度匹配、特性阻抗之间的相关性很强,只使各个参数最佳化,还不能获得最佳的整体性能,这给调制器的设计和制作增加了难度.LN 调制器是在LiNbO3晶片上制作MZ 光波导和TW 调制电极而构成的,工作速度和驱动电压主要由施加在TW 调制电极上的微波信号与波导中的光传播速度匹配程度决定.解决速度匹配问题的方案主要是制作厚膜共平面波导电极和脊型结构光波导。

6、在速度匹配的前提下,光调制器的性能由电极传输微波时的损耗(趋肤效应损耗)决定 ,如果能够降低这种损耗,对于一定的带宽,就能够加长电极与光波导相互作用的长度L,因而降低驱动电压 VD 。目前已经达到的水平:L=3cm 、VD=3.3V、带宽 =45GHz; L=2cm 、VD =5.1V 、带宽 =100GHz; 用于 40Gbit/s 系统时 ,单侧驱动电压VD =2.9V,两侧驱动电压达到了1.5V。3.1.2 聚合物光调制器聚合物光调制器是近两年出现的新型调制器品种,其调制带宽、驱动电压都能达到40Gbit/s 等超高速系统运用的水平.对 1550nm 波长的光 ,3cm 长的器件的插入总

7、损耗为10dB,其中器件损耗5dB,输入输出损耗5dB.因为聚合物材料在红外光和微波调制信号之间具有少许地速度失配 ,聚合物调制器的高频响应由微带线的微波衰耗决定.已经证实 ,长度2cm 的器件,其 3dB 带宽典型值为40GHz. 聚合物调制器的长期光学稳定性对于系统而言非常重要,提高其可靠性是目前的主要研究课题 .1300 和 1550nm 等波长区 ,器件在多大的功率下工作能够保持长期稳定性,至今尚无答案,只有初步实验数据:封装在惰性气体环境中的调制器,输入功率20mW(光波长1550nm)的情况下 ,工作 30d 没有明显的性能退化. 3.1.3 半导体 MZ 调制器除以上调制器以外,

8、还有一种GaAs-MZ 调制器 ,这种调制器具有双电极,每个电极上施加一组电信号 .两组电信号通过半导体MZ 调制器直接复用,同时利用调制中的电吸收效应来压缩脉冲 ,能够放宽对调制器带宽的要求.半导体 MZ 调制器驱动电压高,峰-峰电压大约5V,多个调制器可以集成在一起,对于要求光发送设备的体积特别小,不宜应用 EA 调制器的场合 ,有其特殊用途。(2) 学术动态对于提高调制器性能的技术动向：3.2.1 缩短调制器吸收区的长度3.2.2 采用行波电极3.2.3 采用 InP:F 衬底材料3.2.4 优化多量子阱结构(3) 主攻方向本论文主要是对通信中电光调制系统的驱动电源设计，以及了解光电调制

9、对光电检测的重要性。电光调制系统的设计是光纤通信技术和光电检测技术的重要部分之一。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 4研究的内容、途径及技术路线初步打算采用理论分析论证，并采用仿真软件TINA 等对驱动电路进行模拟仿真，并结合仿真结果对电路的可行性进行综合分析。5 工作的主要阶段、进度和技术指标本论文一共分为三个部分：1.大四上学期第15 周第 21 周：完成外文翻译、开题报告. 2.大四下学期第1 周第 2 周：

10、 指导老师审查外文翻译和开题报告完成情况.确定论文的主攻方向。3.大四下学期第3 周第 13 周：完成毕业论文正文，达到文中提出的主攻方向的要求。6最终目标及完成时间最终目标：（建立仿真模型，利用软件对设计电路进行模拟仿真，并对仿真结果进行研究分析，最终完成10000 15000 字的论文）完成时间： 大约是大四下学期第12 周。7 现有的条件及必须采取的措施1. 整理相关文献资料2. 在电脑中安装实验相关仿真程序3. 实际电路并建立模拟系统进行仿真8 协助单位及解决的主要问题协助单位（个人） ：* 导师， * 同学， * 大学图书馆。要解决的主要问题：收集、 整理相关的资料和数据；设计电光调

11、制系统的电路，包括信号产生，高压驱动，光信号接收电路，并且通过spice 模型的建立，对系统进行仿真分析，应尽可能采用tina8或 orcad16.2仿真平台，设计整个相关的驱动电路，做出整个系统模型并进行仿真，并记录过程等等。9 参考文献阅读的主要文献资料如下：1 陈维友 ,杨树人，刘式墉. 光电子器件模型与OEIC 模拟 M. 国防工业出版社，2001 2 王惟言编著 . Tina Pro 实用技术 M 人民邮电出版社,2005. 3 叶嘉雄，常大定. 光电系统与信号处理M. 科学出版社，1997 . 4L.A. Coldren, S.W.Corzine. Diode Lasers and

12、 Photonic Integrated Circuits M . John Wily & Sons,INC. 2005 5 胡士凌 . 光电电子线路 M. 北京理工大学出版社.1996. 6 戴逸松 . 电子系统噪声及低噪声设计方法M. 吉林人民出版社.1984 7 Giovanni, Ghione. Semiconductor Devices for High-Speed Optoelectronics M. Cambiedge University Press ,2009. 8 陈千颂 ,杨成伟 ,潘志文 ,霍玉晶 . 激光飞行时间测距关键技术进展J 激光与红外, 2002,(01) .

13、 9 丁洪影 . 基于激光测距原理的船舶防撞系统研制D 吉林大学, 2007 . 10 王本庆 . 小口径高炮用半主动式激光近炸引信原理研究D 南京理工大学, 2006 . 11 陈光胜 . 应用在激光测距的ARM SOC 设计 D 上海交通大学, 2007 . 12 J. Conradi. The distribution of gains in the uniformly multiplying avalanche photodiodes: experimental .IEEE. Trans . Electron Devices, 1972, 19(6) :713718 . 13 J. D. Mulholland. Scientific achievement from ten years of lunar laser ranging .Rev. Geophys . Space Phys, 1980, 18(4) :549564 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -