等效相移光栅的原理是, 通过对取样光纤布拉格光栅在特定点进行毫米尺度的“位移”, 经过傅里叶变换, 在各频率通道产生“等效相移”。首先利用光栅的Turan传输矩阵进行数值模拟, 验证了真实相移光栅的各种性质在等效相移光栅中的实现, 然后针对当前关于等效相移光栅的报道中, -2级光栅反射率都很低, 并且没有出现“等效相移”的情况, 提出了一种实现-2级等效相移光栅的方法, 并进行了仿真验证。最后给出了等效相移光栅反射率随长度变化的曲线。

提升码字容量是光码分多址(OCDMA)系统的关键，寻找更优性能的码字构造方法是提高系统软容量的常用途径。绕开复杂的码字构造方法，提出了π/n等效相移的OCDMA编解码器制作方法，该方法在已有码字的基础上通过物理结构的变化可将OCDMA系统软容量提高了5倍。基于光纤光栅平台制作了同码字的π/5和2π/5相移的编解码器，仿真与实验结果表明，π/n相移编解码器可得到优于普通编解码器的性能。

为了校准光纤光栅水听器的灵敏度, 开展了光纤光栅水听器灵敏度校准技术研究.本文首先介绍了光纤光栅水听器的工作原理；其次, 采用可调谐激光器和带工作点控制的强度调制法, 实现了光纤光栅水听器的信号解调和稳态测量；在此基础上, 利用比较法建立了一种光纤光栅水听器校准系统, 校准频率范围为20 Hz～10 kHz；最后, 在该频率范围内对采用等效相移布喇格光栅研制的一只光纤光栅水听器的灵敏度进行了校准, 对系统的测量不确定度进行了估算.结果表明, 该系统可准确校准光纤光栅水听器的灵敏度, 扩展不确定度为0.9 dB(k=2).

稳定性高、低成本的窄脉冲光源、高性能编解码器和具有旁瓣/噪声抑制功能的接收机是光码分多址系统实用化的3个关键模块。实验中利用增益开关脉冲光源和63 chip等效相移超结构布拉格光纤光栅相位编解码器的半边带应用, 判决门限调整与宽带判决相结合的接收机实现了双用户、2.5 Gb/s 100 km传输。实验中测量了误码率与判决时刻和判决门限的关系曲线, 系统在10 ps的判决时刻容限内和17%的幅度判决容限内实现了无误码传输。

介绍了光码分多址(OCDMA)系统的相关进展。论述了基于光纤光栅的二维非相干OCDMA系统和相干OCDMA系统编解码器, 分别采用光纤光栅阵列和超结构光纤光栅作为编解码器, 有可能应用于实用系统。并分析了新出现的等效相移超结构光纤光栅制作技术, 该技术只需采用亚微米精度的制作工艺, 可大幅降低编解码器的制作成本。重点讨论了非线性光学环镜、色散平坦光纤、周期极化铌酸锂波导三种光阈值器件的工作原理及性能对比。光阈值器件可起到压缩解码信号脉宽, 消除多址干扰, 优化检测性能, 提高误码率(BER)性能的作用。相干OCDMA系统能实现超长的多极性光学码, 而二维非相干OCDMA系统重构性好, 可调谐, 使得这两种系统方案将有潜力应用在未来宽带接入网中。

分析了基于等效相移(EPS)技术的超结构光纤光栅(SSFBG)相位编/解码器的原理及特点, 提出并实现了一种双边带编/解码器。该编/解码器在不改变光纤光栅长度的前提下, 实现了+1级和+3级编解码谱的级联, 并很好地继承了等效相移技术所具有的设计灵活、制作精度低和与波分复用(WDM)系统兼容能力强等诸多的优点。理论及实测数据仿真结果均表明, 在光脉冲源匹配最佳的前提下, 双边带编/解码器较传统等效相移编/解码器而言, 使得基于该光纤光栅相位编/解码器的窄带相干光码分多址(OCDMA)系统的编解码性能提高了3 dB, 通过对比分析得到其本质原因在于双边带编/解码器结构提高了其单位长度内携带的相位信息量。

光码分多址(OCDMA)系统中,编解码器的性能是影响系统整体性能的关键因素之一,而波长漂移会影响编解码的性能。在分析等效相移超结构光纤光栅(EPS-SSFBG)作为光码分多址相位编解码器的基础上,仿真研究了不同码字、不同码长、不同编码带宽、不同编码效率和不同折射率调制深度的编解码器对波长漂移的容忍度(WDT)。仿真结果表明,光源与编解码器之间的波长漂移容忍度较大; 若光源脉宽相对较宽,光源的中心波长偏移编解码器的中心波长一定值时,解码输出的自相关峰旁瓣比(P/W)反而提高; 不同码字、不同编码效率、不同折射率调制深度都会不同程度地影响波长漂移容忍度。

稳定的窄脉冲光源、高性能编解码器和具有旁瓣/噪声抑制功能的接收机是光码分多址(OCDMA)系统设计实现的3个关键模块。实验中利用增益开关脉冲光源,63位等效相移超结构布拉格光栅(EPS-SSFBG)相位编解码器和接收机门限调整技术实现了2.5 Gbit/s 60 km传输并得到了相应的误码曲线,系统在误码率(BER)等于10-9时的灵敏度为-22.5 dBm。实验结果表明,等效相移超结构布拉格光栅编解码器兼具高性能和可实现性,可用于实用化的光码分多址系统,而综合利用光域和电域的手段抑制旁瓣和噪声的影响是提高系统性能的重要手段。

研究编解码器性能对于分析整个光码分多址系统有着重要意义.在介绍等效相移超结构光纤光栅编解码器原理的基础上,提出分析等效相移超结构光纤光栅编解码器的结构参数与光源脉冲宽度关系的定量分析方法,利用MATLAB对光源占空比对于编解码器性能的影响进行了计算机仿真.理论分析和仿真结果都表明:光源占空比太大或者太小都会恶化编解码效果,但存在着一个合适的占空比值使得编解码最优,解码输出的峰瓣比最大.考虑到窄脉宽光源的高昂成本,提出对低成本高占空比的情形下的改进设想.

基于直接序列扩频(DSSS)的时域编码是目前光码分多址(OCDMA)系统中常用的编码方式。报道了利用带有等效相移(EPS)的超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)对重复频率为2.5 GHz,宽度为7 ps的超短光脉冲串进行编/解码的实验,实验中所用码为31位的m序列。正确解码和不正确解码信号的对比度为5:1,与理论计算结果相符。实验结果表明,等效相移光栅能够代替相移光栅作为光码分多址系统的编/解码器。且当入射脉冲宽度小于码片持续时间时,能获得良好的编/解码效果。