针对传统基于导频信号的外调制测距方法精度不高的问题，提出了一种基于开关电路偏压控制模块的相位激光测距方法。首先，分析了传统测距方法测距精度不高的原因；然后，设计了基于开关电路的偏压控制模块，以此改变传统测距方法在射频端同时输入粗尺信号和精尺信号的方式，在马赫-曾德尔调制器(MZM)的偏置电压输入端、射频端分别输入粗尺信号、精尺信号，同时实现偏压控制和激光测距。实验结果表明：在距离80 cm处进行500次测量时，测距系统相位差的重复性为±0.150 4°，对应的测距精度为±0.026 1 cm。

提出了一种用于马赫-曾德尔结构（MZ）硅光调制器无抖动的正交（Quad）和最小（Null）偏置点锁定方案。该方案采用了一对差分的光电探测器（MPD）［与输出同向（inphase）的MPD和与输出相差180°（outerphase）的MPD］作为闭环控制信号反馈元件，将这一对差分MPD电流的比值记为归一化光电流，并基于该归一化光电流分别构造了相位偏置在90°的Quad点和180°的Null点的误差函数。对于Quad点锁定，误差函数为归一化比值光电流和差分MPD响应度比值的差值。对于Null点锁定，误差函数为归一化比值光电流相对于热光相移器热功率偏置点的一阶导数，并可通过二阶导数正负号来判定偏置功率的调节方向。从MZ硅光调制器的理论模型出发推导了算法的理论公式，并通过仿真对所提算法进行了验证，验证结果与数学推导公式的结论一致。最后，搭建了53 GBaud四电平脉冲幅度调制（PAM4）测试平台和53 GBaud 二进制相移键控（BPSK）仿真平台验证了所提算法对MZ硅光调制器Quad点和Null点的锁定精度。

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在， SOI器件存在新的总剂量效应加固途径，对于全耗尽 SOI器件，利用正背栅耦合效应，可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律，分析了辐射导致晶体管电参数退化机理，建立了 DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV，同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型，通过晶体管背偏调控总剂量效应 SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比，N型金属氧化物半导体场效应晶体管 (NMOSFET)的背偏调控模型误差为 9.65%， P型金属氧化物半导体场效应晶体管 (PMOSFET)为 5.24%，该模型可以准确反映 DSOI器件辐照前后阈值特性变化，为器件的背栅加固提供参考依据。

为实现马赫曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator, MZM)工作时偏置点的稳定控制,提出了一种基于平均光功率斜率值检测的简单有效的控制方案。首先, 分析了MZM工作时偏置点稳定控制技术的重要性,从理论上研究了控制算法的可行性,然后, 利用Matlab进行了仿真验证,最后在搭建的实验平台上进行了MZM工作偏置点稳定控制系统的实验验证。结果表明该控制方法是一种适用于多种调制格式的简单有效的无抖动偏置控制技术, 并且实验观察结果表明系统误码率性能在72 h内没有下降, 能稳定在10-9附近, 有效地保证了激光通信调制系统工作的可靠性。

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测, 提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统, 该系统包含自动调节偏压电路、电流. 电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下 SiPM的输出与入射光信号之间的关系, 实验结果显示, 偏压对 SiPM的输出有很大影响, 不同偏压下, SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外, 该系统对 25 pW到 1.75 μW的光信号都有响应, 能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。

针对双平行马赫-曾德尔调制器工作点漂移的问题, 提出一种适用于16进制正交幅度调制的双平行马赫-曾德尔调制器自动偏压控制算法。算法分为两个部分, 初始化部分和跟踪锁定部分。初始化部分的目的是找到一个接近偏置电压的工作点, 以减少跟踪锁定部分算法锁定工作点需要花费的时间; 跟踪锁定部分使用抖动信号检测法找到精确工作偏置点, 并且能实时地跟踪随环境变化的偏置点, 使得偏置电压在尽量长时间内处于最佳偏置点附近, 且在最佳偏置点附近游走的范围尽量小。通过实验分析了影响算法结果的因素。实测数据表明, 此算法能在较短时间内找到双平行马赫-曾德尔调制器最佳工作偏置点, 并能实时进行跟踪调整。

在传统LiNbO3马赫-曾德尔调制器(MZM)偏置控制理论的基础上, 提出了一种基于低频信号扰动与模拟电路处理技术的反馈控制方法。通过该方法设计的偏置控制电路模块可以在-55~+80℃温度范围内实现LiNbO3 MZM调制器正交偏置点锁定, 并且具有偏置控制电路体积小、控制精度高等特点。该偏置控制电路模块已经批量应用于某高速光通信传输系统中。

为了获得更加稳定的梳状谱发生器，对基于DD（双平行）-MZM (马赫-曾德尔调制器)的单边带调制系统偏置电压控制方案进行了研究，着重分析了非理想消光比对MZM以及调制器偏置电压控制标准的影响，并在此基础上提出了优化的偏置电压判别标准。研究证明，在非理想消光比条件下，选取MZM传输曲线的最高点作为系统偏置电压的判别标准具有更高的精确性。

激光发射机的信号调制方式对其传输信号的指标有很大影响,为满足噪声系数等指标要求,C波段频率以上射频信号主要采用M-Z调制器来加载调制信号.针对调制器使用中偏置点的控制方式进行了讨论,并重点研究了其中的导频法,从该方法在雷达和通信系统中应用时存在的问题入手,对已有的控制算法进行改进,设计了偏置工作点控制方案,经实际测试和工程化验证,表明其控制效果满足实用化需求.