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基于DMD的高分辨率可调光衰减器的研究

基于DMD的高分辨率可调光衰减器的研究

作者：程丽媛哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着全球通信业务量的迅速增长，业务形式的不断增加，全光网络已成为21世纪主要的通信网络。而可调光衰减器作为光通信系统中的一种光无源器件在全光网络中发挥着重要的作用。目前传统的机械式可调光衰减器只能满足一般分辨率的衰减要... 详细信息

随着全球通信业务量的迅速增长，业务形式的不断增加，全光网络已成为21世纪主要的通信网络。而可调光衰减器作为光通信系统中的一种光无源器件在全光网络中发挥着重要的作用。目前传统的机械式可调光衰减器只能满足一般分辨率的衰减要求，并且由于受到机械结构的限制很难再有大的提高。而在波分复用技术中，对可调光衰减器分辨率的指标要求非常高。因此，开发并研制一种高分辨率的可调光衰减器系统势在必行。课题“基于DMD的高分辨率可调光衰减器的研究”目的是在传统的可调光衰减器的基础上，研究设计一种具有高分辨率的可调衰减器系统。本课题为解决光衰减器中的分辨率问题开拓了一种有效的技术途径，此方法在波分复用技术中有着广泛的应用前景。本文从传统的可调光衰减器的工作机理入手，详细地分析了系统中主要的两个元件——数字微镜器件DMD和C-Lens光纤准直器。一方面，分别从机械结构、工作原理、灰度调制等不同方面入手分析数字微镜器件;另一方面，基于C-lens准直器传输矩阵及ABCD定理，推导得出两C-Lens准直器之间，轴向偏移、横向偏移和角向偏移分别与两准直器耦合损耗之间的关系。以上两器件的分析为系统的优化设计和分辨率的提高奠定了坚实的基础。为了分析系统分辨率，本文应用ZEMAX光学设计软件仿真光路系统，并利用前人提出的方法有效地分析了系统分辨率，得到本文设计的可调光衰减器系统所能达到的分辨率水平，并可以根据实际需要调节应用。最后，介绍了本课题的研究流程，对光衰减器系统的各主要组成部分进行了性能验证，对基于DMD的高分辨率可调光衰减器系统进行实验研究并测试其整体性能。实验验证DMD的衰减能力;测试两C-Lens准直器因轴向、横向、角向偏移所引起的耦合损耗值，并与理论仿真值进行对比分析;对可调光衰减器系统的衰减量、插入损耗、回波损耗、偏振相关损耗等各项技术指标进行研究。

关键词：全光网络可调光衰减器数字微镜器件 C-Lens光纤准直器

用于微波光子移相器的SOI可调光衰减器的研究

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用于微波光子移相器的SOI可调光衰减器的研究

作者：李海斌吉林大学

学位级别：硕士

可调光衰减器(VOA)是用于动态调节光信号传输能量的器件,在光通信系统特别是在波分复用(WDM)系统中被广泛应用。基于SOI材料的可调光衰减器可以方便地与其它的光电子器件集成,因而引起广泛关注。本文研制了用于微波光子移相器的SOI基热... 详细信息

可调光衰减器(VOA)是用于动态调节光信号传输能量的器件,在光通信系统特别是在波分复用(WDM)系统中被广泛应用。基于SOI材料的可调光衰减器可以方便地与其它的光电子器件集成,因而引起广泛关注。本文研制了用于微波光子移相器的SOI基热光可调光衰减器,其衰减范围大,对波长不敏感,尺寸小且结构简单,可以方便地嵌套在集成移相器的光波导延时线阵列中。本文首先阐述了矢量和微波光子移相器原理,构建了分立器件组成的移相器测试系统,对10GHz的微波信号实现了350°的相位调谐。在系统中采用宽带光源作载波,能有效消除相干光干涉影响。运用M-Z电光强度调制器的反相特性,仅采用两个分支结构就可实现大范围的相位调节。VOA的衰减量直接决定了移相器相位调谐的范围。本文研制的VOA主体部分由在SOI基片上制作的单模波导、多模波导以及多模波导上覆盖的热光调节薄膜电极组成。在衰减器的设计过程中,通过工艺容差分析选用顶层硅厚度为5.2μm的SOI材料,结合浅刻蚀的SOI脊形光波导单模传输条件给出了制作脊形波导的刻蚀深度为900nmo利用BPM仿真设计软件进行二维和三维仿真,设计了合适的波导尺寸并对VOA功能进行了验证,通过仿真和分析确定了多模波导的宽度20μm,长度600μm;并确定了热光调节区是由倾斜角为3°的平行四边形调节区和一段S-Bend Arc Taper状调节区组成。利用有限元分析软件对热调节时的热场分布情况进行分析模拟,分别选用200nm的钛和铂作为薄膜电极材料,模拟得到了钛电极和铂电极使得波导中心区升温35°时所需的功耗分别为2.1W和1.95W,对应的外加电压分别为15.4V和7.2V。采用了光刻、刻蚀、溅射和剥离工艺完成了器件的制作,重点研究了便于剥离形成电极的反转胶光刻工艺,并对器件进行了性能测试。光功率的最大衰减为28dB,满足集成矢量和微波光子移相器对光衰减量的需求,光功率衰减拟合曲线的变化趋势与BPM仿真结果吻合较好。器件达到28dB衰减时的功耗为1.33W,其值与热学仿真计算结果在同一数量级。待优化工艺使衰减器的性能提高后,该器件应能广泛应用于光通信领域。

关键词：微波光子移相器矢量和 SOI 热光效应可调光衰减器

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可调光衰减器专利技术综述

科技创新与应用 2019年第16期9卷 9-11页

作者：彭家琪国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心四川成都610213

可调光衰减器是光通信系统中不可缺少的重要无源器件之一,有着广泛的应用前景,文章拟从申请量态势、首次申请国家/地区、全球申请人排名、技术发展特点、技术发展脉络五个方面进行可调光衰减器的专利分析,旨在为行业人员了解相关技术提... 详细信息

可调光衰减器是光通信系统中不可缺少的重要无源器件之一,有着广泛的应用前景,文章拟从申请量态势、首次申请国家/地区、全球申请人排名、技术发展特点、技术发展脉络五个方面进行可调光衰减器的专利分析,旨在为行业人员了解相关技术提供参考,为企业进行技术研发提供借鉴。

关键词：可调光衰减器申请态势技术发展特点技术发展脉络

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一种手持式可调光衰减器研究

光通信研究 2013年第3期 54-56页

作者：李建林陈陶孙刚南京信息职业技术学院计算机与软件学院江苏南京210046 Department of Computer Science University of Regina Regina S4SOA2 南京邮电大学光电工程学院江苏南京210003

文章设计并制作了一种新颖的低成本、小体积、可手持的基于压控可变透镜的VOA(可调光衰减器)。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,套管的两端分别连接输入光纤连接器管脚和带外螺纹的输出光纤连接器管脚,形成"输入光纤+可变透镜... 详细信息

文章设计并制作了一种新颖的低成本、小体积、可手持的基于压控可变透镜的VOA(可调光衰减器)。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,套管的两端分别连接输入光纤连接器管脚和带外螺纹的输出光纤连接器管脚,形成"输入光纤+可变透镜+输出光纤"的结构。通过螺旋套管的手动螺旋进动使液体透镜发生挤压形变以实现透镜焦距的调节,从而控制从输入光纤耦合到输出光纤的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。实验结果表明,这种光衰减器的衰减范围达到3～60dB。可用于实验教学等场合。

关键词：压控可变透镜可调光衰减器手持式

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多模可调光衰减器及光开关研究

多模可调光衰减器及光开关研究

作者：陕振添华中科技大学

学位级别：硕士

随着信息技术的快速发展和数据规模的爆发增长,日益增长的网络信息通过数据中心进行高速传输和储存,数据中心的发展建设正处于高速时期。数据中心内部的光纤连接距离较短,从几米到几百米不等。针对短距离高速数据传输场景,多模光纤传输... 详细信息

随着信息技术的快速发展和数据规模的爆发增长,日益增长的网络信息通过数据中心进行高速传输和储存,数据中心的发展建设正处于高速时期。数据中心内部的光纤连接距离较短,从几米到几百米不等。针对短距离高速数据传输场景,多模光纤传输相较于单模光纤传输具有低成本、低功耗的优点,因此在数据中心中得到广泛应用。在多模光纤收发模块的生产过程中,需要多模光纤衰减器和多模光开关,前者用于测试光模块的动态响应特性,后者可提高测试效率。本文研究了新型结构的多模光衰减器和1×N端口多模光开关,论文的主要内容如下:调研了现有的多模可调光衰减器和多模光开关技术方案,分析了现有解决方案存在的问题,衰减器器件响应速度慢,光开关损耗大、响应速度慢、重复性差。针对这些问题,本文提出利用角锥棱镜和旋转式步进电机构建衰减器和光开关的方法,设计了两套新型结构,减少器件损耗,提升响应速度和稳定性。设计了利用旋转式步进电机驱动角锥棱镜旋转,使光束在固定的中性密度滤光片上移动从而产生衰减的可调光衰减器;并设计了利用旋转式步进电机驱动角锥棱镜旋转,使光束沿圆周移动从而实现端口切换功能的1×48端口光开关器件。利用Zemax软件对光学系统进行仿真分析,完成光学元件设计和选型,利用Solidworks软件完成机械结构设计,完成器件装配。测试了两种器件的各项关键性能指标。多模可调光衰减器,器件尺寸为115 mm×50mm×40 mm,插入损耗为2.78 dB,衰减范围为2.78～27.30 dB,重复性≤±0.01 dB,响应速度≤48 ms;1×48端口多模光开关,器件尺寸为80 mm×42 mm×74 mm,插入损耗为1.68 dB(含两个连接头),各端口损耗在1.08 dB到1.42 dB之间,重复性≤±0.01 dB,响应速度≤8 ms。

关键词：多模光纤可调光衰减器机械式光开关响应速度

非硅基微机械光开关及可调光衰减器的设计，制作与分析

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非硅基微机械光开关及可调光衰减器的设计，制作与分析

作者：袁野浙江大学

学位级别：硕士

本硕士论文对基于非硅基微加工技术的光开关及可调光衰减器的设计制作与分析进行了研究。在阅读国内外相关文献的基础上，利用实验室现有条件，制作了一系列器件，并对器件进行了性能测试与分析。本论文主要分为三大部分。第一部分主... 详细信息

本硕士论文对基于非硅基微加工技术的光开关及可调光衰减器的设计制作与分析进行了研究。在阅读国内外相关文献的基础上，利用实验室现有条件，制作了一系列器件，并对器件进行了性能测试与分析。本论文主要分为三大部分。第一部分主要研究了现有光开关及可调光衰减器的实现技术，对各种技术的优点及缺点进行了分析，并对光开关及可调光衰减器技术现状进行了概述。第二部分主要提出了一种设计独特的基于精密电火花加工技术的微驱动单元，并在此单元的基础上，设计制作了一种1×4微机械光开关，一种1×8微机械光开关，并对开关的结构及工作原理做了叙述。论文首先测试并分析了光纤准直器的平移失配特性以及角度失配特性，并作出了拟合函数。然后通过有限元分析软件ANSYS对微驱动单元进行了电磁场分析，并对光开关的开关时间进行了计算，计算结果与实际测量结果相近，此开关实测速度小于2ms。本器件封装尺寸达到并小于某些国外产品，其中1×8光开关封装尺寸仅为50×25×10mm。第三部分主要提出了关于可调光衰减器的设计制作与分析，首先设计制作了一种弹性力回复式可调光衰减器，此器件利用微反射单元的变型，以电磁线圈驱动微反射镜。论文利用有限元分析软件ANSYS对该器件进行工作曲线分析及动态响应分析，分析结果与实测结果接近，实测结果表明，驱动电压0～8V，工作范围0～35dB，动态响应时间为2ms，插入损耗小于0.8dB，回波损耗小于-50.5dB。由于弹性力回复式可调光衰减器的主要缺点在于器件工作重复性不够理想，弹簧随时间变化而产生老化现象，使得器件工作曲线发生变化，且此器件工作曲线线性度不好。于是本文提出改进方案，设计并制作了一种利用永磁体磁力作为回复力的可调光衰减器，器件封装尺寸进一步降低，具有较好的工作线性度及稳定度，且结构紧凑，工作稳定，工艺简单，成本低廉，易于批量生产。器件插入损耗小于0.8dB，回波损耗-50.7dB，工作范围0～40dB。这两种可调光衰减器都具有偏振不敏感，工作波段宽的特点，适应于WDM全光网络的要求。论文最后针对现有数字可调光衰减器均由步进电机驱动，体积庞大，造价高昂且速度缓慢的缺点，利用微反射单元设计了一种高速数字式可调光衰减器。提浙江大学硕士论文出了一种高速数字可调光衰减器的设计方案，此方案实现了驱动电压数字化，衰减器的工作状态不再取决于电压高低，工作稳定。且此器件不采用步进电机驱动，造价低廉，结构紧凑，无需步进工作，速度大大提高

关键词：光开关可调光衰减器波分复用微机电系统微细电火花加工

光子脉冲神经元权重器件—可调光衰减器的研制

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光子脉冲神经元权重器件—可调光衰减器的研制

作者：宋晓佳北京交通大学

学位级别：硕士

神经网络以神经元作为基本的信息处理单元,从生理结构层面模拟人类大脑的运作方式,在模式识别、图像处理、信号处理、机器学习等领域具有重要应用。基于硬件实现的神经网络是近几年来的研究热点,光学因其高带宽、高度并行、能快速处理... 详细信息

神经网络以神经元作为基本的信息处理单元,从生理结构层面模拟人类大脑的运作方式,在模式识别、图像处理、信号处理、机器学习等领域具有重要应用。基于硬件实现的神经网络是近几年来的研究热点,光学因其高带宽、高度并行、能快速处理大量信息、能耗低等优点,是实现神经网络的理想方式。光子脉冲神经网络是由大量互连的光子脉冲神经元组成,互连的光子脉冲神经元是通过权重联系在一起的,因此,为了实现神经网络的大规模计算,权重的硬件实现是至关重要的,本文利用MEMS(Micro-electromechanical Systems)可调光衰减器(Variable Optical attenuator,VOA)研制了一种可以自动调节的光子脉冲神经元权重器件。光子脉冲神经元权重器件包括MEMS VOA、光电探测器、单片机、模数(AD)转换、数模(DA)转换、放大等模块,它可以根据接收的光信号快速计算查表,对VOA衰减值进行实时在线调整。该权重器件具有高效率、易实现的优点。配合脉冲时间依赖的可塑性(spike-timing-dependent plasticity,STDP)光路使用,可以实现光子脉冲神经网络的STDP学习机制。本文在STDP曲线窗口高度为1和0.2的情况下,对权重器件进行了测量,在STDP曲线窗口高度为0.2的情况下,实现了四种STDP学习曲线,实验测量结果与理论结果一致。

关键词：光电子技术可调光衰减器 STDP学习机制光子脉冲神经元神经网络

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温度自适应可调光衰减器控制设计

光电技术应用 2019年第4期34卷 60-63页

作者：马洁云林兆培吕方吴建成陈佳林中国电子科技集团公司第二十三研究所

研究一种温度自适应可调光衰减器控制方法,基于不同温度下可调光衰减器的温度特性曲线,提出一种温度自适应控制方法。提高了温度变化范围大时可调光衰减器的控制精度。测试结果表明,本设计可调光衰减器能够提高控制精度,温度范围-25℃~7... 详细信息

研究一种温度自适应可调光衰减器控制方法,基于不同温度下可调光衰减器的温度特性曲线,提出一种温度自适应控制方法。提高了温度变化范围大时可调光衰减器的控制精度。测试结果表明,本设计可调光衰减器能够提高控制精度,温度范围-25℃~75℃衰减误差小于0.1dB。

关键词：可调光衰减器温度自适应控制精度

一种基于中性密度滤光片的可调光衰减器实现方法

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国外电子测量技术 2018年第5期37卷 85-88页

作者：徐玉华韩顺利张爱国王广彪郭洪龙中国电子科技集团公司第四十一研究所

随着光纤通信的快速发展,市场对可调光衰减器的性能指标要求越来越高,而国产可调光衰减器普遍存在着衰减准确度低、重复性差及衰减过程中会出现功率跳变等问题。为了解决以上问题,提出了一种基于条形中性密度滤光片的可调光衰减器设计方... 详细信息

随着光纤通信的快速发展,市场对可调光衰减器的性能指标要求越来越高,而国产可调光衰减器普遍存在着衰减准确度低、重复性差及衰减过程中会出现功率跳变等问题。为了解决以上问题,提出了一种基于条形中性密度滤光片的可调光衰减器设计方案,利用电机的转动带动条形中性密度滤光片在两准直器之间移动,配以精确的定位系统,实现了光功率的大动态范围、连续可调、精确衰减。衰减范围达到65dB,衰减准确度达到±0.1dB,重复性达到±0.01dB。解决了国产可调光衰减器衰减准确度低、重复性差及衰减过程中会出现功率跳变等问题。

关键词：可调光衰减器中性密度滤光片大动态范围连续可调