不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在, 使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏, 影响了信号质量。为此, 提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案, 分析了方案原理, 并实验实现了全光相位调制, 消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏, 完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换, 提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。

光通信系统中，高阶调制技术能以较低的电子速率实现更高的系统容量和更高的频谱效率，四阶脉冲幅度调制(PAM4)为以太网高速通信提供了一种有效可行的解决方案。为了满足集成化、低成本的需要，提出一种 PAM4传输方案，并利用商用 2.5GHz光器件通过双通道耦合的方法，实现了 5Gbit/sPAM4信号的传输实验方案; 并设计一种离线 DSP方案，对传输实验结果的数据进行优化。测试结果显示得到了较好的眼图，表明该方案应用于短距互联，可提高系统传输效率。

在5G网络中,用户数据通过超密集基站汇集成大数据包,这些数据包被异步交换体制的密集波分复用(DWDM)系统中的掺铒光纤放大器(EDFA)放大时,会产生信道间串扰,导致数据包的误码率(BER)恶化。在测定EDFA增益恢复时间的基础上,对BER恶化进行了深入研究。推导了串扰引起的BER计算公式,讨论了影响BER的因素,搭建了大数据包串扰的实验装置。理论和实验结果表明,一个信道数据包的包长和光功率越大,对另一个信道数据包BER的影响也越大,当数据包的包长小于5 μs时,串扰对BER的影响是可以忽略的。

半导体激光器是光纤传感系统中的重要组成部分之一, 它的输出功率和波长的稳定性决定着整个光纤传感系统的测量精 度, 为了满足传感系统的测量需求, 需对其波长进行调谐, 并且在调到所需波长后还需其具有较高的稳定性。通过温度控制 和驱动电流控制对半导体激光器波长调谐进行了研究。以往的调谐多为盲目调节, 由于驱动电流的变化会导致温度变化, 二 者之间会相互影响, 调谐过程复杂、时间长、不易调到最佳状态。提出了一个描述以波长 λ 与功率P作为输出量, 以驱动电 流I与温度T作为输入量的2×2关系矩阵, 并测定了矩阵中4个元素的值。利用这个关系矩阵, 可按照不同波长与功率的需求, 直接计算出调谐驱动电流与温度的最佳值, 使得调谐过程变得更加高效准确。设计了高稳定性TECAL-XV-XV-DAH温度控制器, 以及激光器驱动电路和温度控制电路, 实现了调谐范围3.2 nm、精度0.01 nm、漂移小于0.002 nm, 功率波动小于3 μW的激 光器调谐。

为了配合半导体波光器在偏振型光传感器中的应用, 采用高精度的恒温控制以及功率稳恒控制方法, 使用高稳定性的三极管2SC5551、高精度采集IDAQ6009、高稳定低振荡的MAX8521控制器、半导体制冷器等, 研制了一种偏振、波长与输出功率三个指标均稳定的半导体激光器。进行了理论分析和实验验证, 能够保证半导体激光器的输出波长控制精度在±0.01 nm, 驱动电流波动范围小于±0.05 mA, 输出偏振态稳定, 椭圆率为0.00(线性), 方向角波动范围小于0.1°。结果表明, 该激光器波长、功率、偏振态稳定, 保证了偏振型光传感器系统的稳定性和测量精度, 并且能够满足这类光传感器向智能化小型化的发展。

提出了一种采用斐索干涉仪测量由交叉相位调制产生的非线性相移的实验方案,得到了不同探测光功率、控制光功率和偏置电流条件下的相移公式。结果表明,非线性相移与控制光功率和偏置电流呈单调递增关系,与探测光功率呈单调递减关系,优化设计了半导体光放大器交叉相位调制的工作点。提出了影响非线性相移的最佳相位调制点的确定方法,得到π/2相移的最佳相位调制参数:探测光功率为0.29 mW,控制光功率为0.5 mW,偏置电流为276 mA。

携带轨道角动量的涡旋光束具有螺旋相位波前,照射到旋转物体上可以产生与拓扑荷数、转速成正比的旋转多普勒频移。利用旋转多普勒效应测量目标旋转角速度。使用空间光调制器的计算全息法产生涡旋光束,利用MATLAB控制加载在空间光调制器上的计算全息图的角速度来模拟物体的旋转,用光学外差法搭建光路,采用拓扑荷数分别为6,10,20的涡旋光束对旋转目标进行测量,利用CCD探测较弱的差频信号光,基于光强积分方法并通过时间采样,对实验数据进行余弦函数拟合,得到目标旋转角速度,结果与预设的数值一致。

直接从二阶非线性极化出发,得到了任意方向通光的铌酸锂晶体的横向介电张量矩阵,不仅证明了二阶非线性极化系数更能准确地反映泡克尔斯效应的物理本质,而且得出无论从哪个方向通光,偏振态只能在垂直于赤道平面与邦加球的交线上旋转,而不能沿赤道旋转。然后针对铌酸锂晶体具体不同的通光方向与加压方向利用四元数的方法进行探讨,得出只有在z方向通光,x或y方向加电场时晶体的偏振旋转轴不会受到自然双折射的影响,同时分析了输入偏振态对电光效应的影响。最后进行了铌酸锂晶体电光效应的实验,证实了上述理论分析的正确性。该理论分析与实验为光学传感器及其他应用提供了依据。

偏振消光比是衡量光偏振特性的重要参数之一,椭圆偏振保持光纤是一种重要的新型保偏光纤,可以保持某种特殊椭圆偏振态的不失真传输。对现有消光比的定义进行了拓展,使之适用于椭圆偏振保持光纤。提出了一种按照新定义测量消光比的方法,并使用剪断法对一根长20 m的椭圆偏振保持光纤进行了消光比劣化的实验测量。实验结果表明,以最短余长2 m消光比为参考值,被测光纤在截断余长为10 m、15 m和20 m时的消光比相对劣化值分别为0.168 dB/m、0.154 9 dB/m和0.165 5 dB/m。由此可知,消光比的相对劣化值虽然与光纤长度有关但并不呈线性变化。

研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性, 计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系, 绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标: 扫描范围、分辨率及能量效率, 研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响, 据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面, 自定义参数模拟光束的偏转效果。