集成光波导脉冲电场传感器直流漂移控制技术研究-光学工程专业论文.docx

THE DC-DRIFT CONTROL IN THE INTEGRATED OPTICAL WAVEGUIDE PULSED ELECTRIC FIELD SENSORA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaMajor:Optical Engineering Author:Wanjun LiAdvisor:A. P. Kaixin Chen, Prof. Fushen ChenSchool:Communication Information Engineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。（必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘 要集成光波导电场传感器相比于传统的电场传感器具有宽带宽、高灵敏度、高 度集成化和不受电磁环境干扰等独特优势，目前已被广泛应用于脉冲电场测量领 域。但在实际应用场景中，传感器与马赫-曾德尔干涉仪电光调制器一样，它的工 作点会受到温度、湿度、光照以及应力等因素的影响而发生漂移。因此，给光波 导脉冲电场传感器提供一个稳定的相位偏置十分重要。本文分析和研究了集成光波导脉冲电场传感器在实际应用中存在的直流漂移 现象和脉冲电场传感信号的特点。采用反馈调谐偏置电压的方案对马赫-曾德尔干涉仪型电光调制器的直流漂移进行了控制。接着，以此为基础设计了扫描激光器工作波长的一维漂移控制系统对光波导一维脉冲电场传感器的直流漂移进行了控 制。然后，在一维漂移控制系统的基础上设计了一种基于一维结构的光波导三维脉冲电场传感器漂移控制系统对三维脉冲电场传感器的直流漂移进行了控制。最后，对文中所设计的三种漂移控制系统进行了实验验证和分析讨论。论文主要内 容如下：首先，分析了马赫-曾德尔干涉仪型电光调制器、光波导一维和三维脉冲电场传感器的工作原理。同时还分析讨论了集成光波导一维脉冲电场传感器和三维脉 冲电场传感器的直流漂移机理。其次，针对马赫-曾德尔干涉仪电光调制器本身具有调制电极和直流偏置电极的特点，研究了采用加微扰信号的方式对其漂移进行控制的方法。采用现场可编 程门阵列技术对信号处理模块和控制模块进行设计，通过检测基波峰峰值的方式计算误差信号并反馈调谐电光调制器的偏置电压实现了漂移的自动控制。接着，在此基础上针对光波导一维脉冲电场传感器与电光调制器的不同之处，采用调谐 光源波长的方式改变非对称马赫-曾德尔干涉仪结构的光波导两臂的相位差实现了一维脉冲电场传感器的直流漂移控制。最后，为了解决基于光源波长调谐的漂移控制方案中出现的一路固定波长的 光无法同时满足三支具有不同漂移特性的光波导电场传感器正常工作的问题，设计了一种基于时分复用的采样型三维电场传感器漂移控制系统。接着，对该系统的结构、工作原理进行了必要的公式推导和仿真分析。在此基础上，还设计了基 于一维结构的组合型漂移控制系统实现了对三维脉冲电场传感器的直流漂移控制。关键词：集成光波导，马赫-曾德尔干涉仪，脉冲电场传感器，直流漂移，控制ABSTRACTCompared with the traditional electric field sensor, integrated optical waveguide electric field sensor has wide bandwidth, high sensitivity, high integration and would not be affected by electromagnetic environment. So, it has been widely applied in the field of pulsed electric field measurement. But in practice the optical waveguide sensor is also with the same trouble that the Mach-Zeh