介绍了由宽频光源和法布里-珀罗 (Fabry-Pérot, FP)谐振腔组成的CO2检测系统。结合常见的主动光学系统误差分析方法, 对系统的各个误差项进行了定量化分析。系统误差来源于光源能量波动、环形器串扰、FP腔谱线变动和探测器噪声四个方面。通过建模计算了各独立误差项对差分信号数值的影响, 确定了4项主要的系统误差。传统大气检测误差分析将硬件系统误差直接关联到浓度数据上, 本文误差分析方法把硬件误差和反演算法误差剥离, 对于提高系统的工作能力有更好的指导意义。

设计了一种具有独特双透镜外腔结构的可调谐窄线宽激光器, 利用一个温控50 GHz的标准具提供ITU标准波长序列, 通过一个压电陶瓷驱动的Fabry-Pérot可调谐滤波器选择一个标准波长实现单波长输出。实验结果表明:该激光器的调谐范围达到了1 525～1 580 nm, 覆盖整个C波段, 线宽为37.5 kHz, 400 mA电流条件下的输出功率超过50 mW, 边模抑制比超过50 dB, 达到或超过相干通讯应用的要求和其他单片集成类器件的指标。另外, 本结构具有位置容差大、调谐速度快(＜3 ms)、易于实现超窄线宽以及波长微调等优点, 待实现小型化和标准封装, 其大规模应用将成为可能。

采用半导体光放大器和可调谐法布里珀罗滤波器，以环路结构组成高速扫描激光器，结合光耦合器、光环路器和光电二极管等，形成4通道大容量高速光纤光栅解调仪。系统采用2 kHz的类三角波调制信号，驱动法布里珀罗滤波器在50 nm的光谱范围内进行快速扫描。通过引入光纤梳状滤波器和单峰滤波器组成的参考通路，消除法布里珀罗滤波器的非线性效应和扫描波长漂移问题，使得解调仪具有很好的稳定性和线性度。高速光纤光栅解调仪的稳定性为2 pm，分辨率为1 pm，线性度为0.99957，测量精度为5 pm，解调频率为2 kHz。

用特征矩阵法研究了薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性。研究发现：随着入射角增大，s偏振光透射模和p偏振光透射模的波长逐渐分离，但分离的幅度较小；随着入射角增大，s偏振光透射模的透射率作幅度较大的震荡变化，而p偏振光透射模的透射率变化较小；当入射角以1°/100的间隔变化时，可以在透射模波长不变的情况下，使s偏振光透射模的透射率发生显著变化，而p偏振光透射模的透射率基本不变。薄膜法布里-珀罗滤光片的偏振特性可以在角度变化的测量中发挥重要作用。

帧内时钟提取是高速率的光分组交换中关键技术之一。帧时钟建立和消失的快慢决定了线路中的最小分组间隔, 从而影响了线路的分组速率。提出了一种利用半导体放大器(SOA)的自相位调制效应(SPM)导致的红移, 利用光学滤波器减小分组时钟消失时间的方法, 并最终完成了10 Gb/s的分组时钟的提取, 建立和消失时间分别为2个和6个码元周期。

将乙炔(C2H2)气体的吸收光谱作为标准波长参考,对可调谐光纤法布里-珀罗滤波器进行波长实时定标,使解调系统的测量精度提高到1 pm。根据可调谐光纤法布里-珀罗滤波器谐振波长的周期性,提出了大波长范围的波长定标方法,从而可以在1525～1615 nm的范围内对可调谐光纤法布里-珀罗进行精确定标,实现了高精度大波长范围的信号探测。相比于传统的以光纤光栅作为波长参考的定标方法,该方法的测量精度、测量范围、系统运行可靠性都大为改善。

提出了一种新型的、低成本的多速率归零(RZ)码全光帧时钟提取方案。采用低精细度的法布里珀罗滤波器(F-P)直接提取不同速率的帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用不同的偏振延时干涉仪(PDI)和低自由光谱区(FSR)的法布里珀罗滤波器构成组合滤波器以实现多速率帧时钟提取。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对组合滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声和时间抖动。实验中,利用光开关切换不同的偏振延时干涉仪构成不同自由光谱区的组合滤波器实现了10 GHz、20 GHz和40 GHz的帧时钟提取,得到了高质量、低时间抖动的多速率帧时钟信号。

提出了一种新型的10 GHz全光帧时钟提取的提取方案。采用低精细度的法布里珀罗(F-P)滤波器直接提出帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对法布里珀罗滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声。并推导了法布里珀罗滤波器的精细度和半导体光放大器的自增益调制效应对帧时钟建立时间、消失时间的影响。通过理论分析表明,利用半导体光放大器的自增益调制效应可以降低帧时钟的幅度噪声并加快帧时钟建立速度。实验中,用上述方案对10.075 GHz的帧信号进行了全光帧时钟提取,得到了建立时间为8个信号周期,消失时间为22个信号周期,抖动为2.35 ps的帧时钟信号。

提出一种新型40 Gb/s全光3R再生器方案。采用高精细度法布里珀罗滤波器进行时钟提取。时钟提取前,通过高稳定光源对输入信号光波长变换实现信号光波长和法布里珀罗滤波器梳状窗口对准;时钟提取后,接半导体光放大器(SOA)进一步消除时钟信号噪声。全光判决中,采用双半导体光放大器串联增大非线性性能,提高了判决门的响应速度。判决输出接窄带滤波器去除脉冲啁啾拖尾,减小码型效应。实验中,恶化40 Gb/s光脉冲信号通过全光3R再生器可以得到再生脉冲。输入恶化信号时间抖动大于5 ps,脉冲宽度大于16 ps,再生得到的信号时间抖动小于1.5 ps。再生信号相对于输入信噪比改善14 dB。连续稳定工作记录大于15 h。通过实验验证,这种全光3R再生器方案成功地实现了40 Gb/s信号的再生。

多腔法布里珀罗滤波器是光纤通信中的关键器件,为了改善该器件的透过光谱的性能,讨论了衰减对器件性能的影响。利用多镜理论以两种不同方法推导了在多腔级联法布里珀罗滤波器件中引入衰减时信号透过率的传输矩阵算法。以三腔法布里珀罗滤波器为例,数值模拟计算证明了当引入衰减时,可以有效抑制多腔法布里珀罗器件的内部串扰,改善通带内信号的透过率,提高了通带信号的利用率。通过对引入不同衰减时器件透过率的计算,详细比较和讨论了透过率与衰减系数的关系,以及不同衰减时次峰与主峰的相对关系,同时使用薄膜设计软件TFC进行模拟,证实了结果的准确性。最后为尽量减少系统因引入衰减的损耗,提出了减少衰减系数的方法,即增大反射镜的反射率,并以矩阵运算的结果证明其可行性。