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作者：

严康

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摘要：

随着多模光纤(Multi-Mode Fiber,MMF)通信技术的发展,多模光纤可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)被广泛应用于多模光纤通信系统中,实现功率均衡和器件保护.目前主流MMF VOA设计方案是将线性渐变的中性密度滤光片(Neutral Density Filter,NDF)直接插入在光路中,并通过直线型步进电机驱动NDF在光路中移动,实现对衰减值的调节,但这会导致响应速度慢的问题.针对现有设计方案的缺点,本论文提出了一种可快速响应的MMF VOA.论文的主要内容如下:系统研究了目前常见的VOA设计方案及实现原理,并比较单模光纤(Single-Mode Fiber)SMF VOA与MMF VOA的区别.考虑MMF VOA中的模式稳定性和调谐速度问题,提出了基于旋转型步进电机和线性渐变的NDF的MMF VOA,其中NDF被固定在光路中,步进电机驱动反射镜旋转,反射光束在NDF上线性移动,从而快速实现光束能量衰减.利用Zemax软件对光学系统进行仿真分析,得到系统的耦合效率为81.678%,验证了该方案的可行性.考虑光学元件表面的反射损耗,分析得到光学系统的理论插入损耗(Insertion Loss,IL)为1.5d B,在NDF表面镀上增透膜后IL可降至0.9d B.根据仿真优化的光学结构,设计和加工了实验所需的装配组件.完成了MMF VOA的装配和相关性能指标的测量,得到:系统的IL为2.07d B,在NDF表面镀上增透膜后IL可降至1.5d B;衰减值范围为2d B～25d B;最慢响应速度为7ms;重复性0.1d B.分析发现因柱面镜产生的IL为0.86d B,因此提出了一种不使用柱面镜的改进方案.改进后的MMF VOA使用旋转型步进电机驱动角锥棱镜旋转,让反射光束在NDF上移动.通过光学仿真得到其耦合效率接近100%,并根据仿真设计了该MMF VOA所需的装配组件.基于理论分析,得到改进方案的MMF VOA预期性能指标为:IL为0.5d B;衰减范围为0.5d B～30d B;最慢响应速度为14ms.

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