1.06μm脉冲激光锁相环路研究

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近年来,随着光电子器件以及光纤通信技术的发展,以光信号为传输载体,空间或光纤作为媒介,对某一物理信息量进行检测、传输和处理的需求日益增多,出现了诸如光纤传感、激光雷达、集成光学等新兴研究领域,并取得了快速的发展。光学锁相环(OPLL)技术就是最初起源于相干光通信,后来在这些新兴领域中得到应用并迅速发展起来的重要技术之一,激光锁相环路有着结构简单,体积小,功耗低等特点,近些年经研究人员的深入研究,激光锁相环路在相干光通信、激光的相干合成和激光的相干探测等领域都有着重要应用;目前国内外对连续激光锁相技术展开了了大量研究,而对脉冲激光锁相技术的研究甚少,本文通过理论和仿真来验证脉冲激光锁相的可行性,并搭建脉冲激光锁相环路进行初步实验验证,本文的主要内容和结论如下:(1)研究了激光锁相环路的基本原理,分析不同锁相环路的特点,并选择平衡锁相环作为本实验的基本结构;对脉冲激光锁线环技术的相关理论进行推导,并在Simulink中建立脉冲激光仿真模型进行仿真分析,分别从原理和理论实验两方面来验证脉冲激光锁相的可行性。(2)研究了两种不同特点(低重频、高环路带宽和高重频、低环路带宽)的脉冲激光锁相环路的实验方案,研制了增益介质选用掺钕钒酸钇晶体(Nd:YVO4),电光晶体采用胆酸锂晶体(LiTaO3),输出中心波长约为1064 nm的单纵模激光器;根据外调制原理,研制了LD驱动电路,结合NPRO激光器、信号发生器得到了输出脉冲激光波长为1064 nm,重复频率为百赫兹量级的脉冲信号激光器,经测试在100 Hz重频下,激光输出平均功率为20?W,脉冲峰值功率为0.71 W;研究了90°光混频器的基本原理,并制作出90°光混频器实物;研制了基于低噪声宽带高增益运放OPA847的无源低通环路滤波器,其小信号带宽约为60 MHz,最终增益约为16.9 dB。(3)研究了两种不同特点的脉冲激光锁相环路,研究了脉冲及环路特性。低重频、高环路带宽的脉冲重频为1 kHz,脉宽为300 ns,环路带宽为55 MHz;高重频、低环路带宽的重频为300 kHz,脉宽为400 ns,环路带宽约为20 kHz。本文通过低重频、高环路带宽和高重频、低环路带宽两个脉冲激光锁相环路实验分别说明了脉冲激光锁相技术可以应用于远距离和近距离的光通信中。在高环路带宽实验中能对低重频的单个脉冲实现相位锁定,在输入一个脉冲后,此环路就能迅速的实现脉冲激光的锁相;在低环路带宽实验中,只需要锁定脉冲激光载频,灵敏度较高,但需要输入脉冲激光串才能锁相,锁相需要时间较长。该研究说明了脉冲激光锁相技术在理论和实验上取得了初步的成功,为今后展开宽带,低延时的脉冲激光锁相环的研究确立了研究方向,并为下一步其在光通信领域的深入研究提供了支撑。
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