光纖水聽器陣列超遠(yuǎn)程光傳輸?shù)驮肼暪夥糯箧滉P(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著光纖水聽器技術(shù)的日趨成熟以及應(yīng)用需求的不斷提升，水聽器陣列的規(guī)模不斷擴(kuò)大，傳輸距離也隨之?dāng)U展至幾百甚至上千公里。與此同時(shí)，遠(yuǎn)程光傳輸和模擬光放大鏈引入的各種線性和非線性噪聲逐步顯現(xiàn)。這些噪聲在光纖鏈路上持續(xù)累積，并在各級(jí)放大器中不斷放大，已經(jīng)成為了限制遠(yuǎn)程傳輸距離的重要因素。論文以此為背景，在國內(nèi)首次開展了光纖水聽器超遠(yuǎn)程光傳輸?shù)牡驮肼曣嚵屑夹g(shù)研究，探討了遠(yuǎn)程系統(tǒng)各種噪聲的基本特性，建立了評(píng)估模擬光傳輸和光放大鏈噪聲的有效手段。通過

2、對(duì)單次瑞利散射（RB）、雙重瑞利散射（DRS）、多級(jí)級(jí)聯(lián)光放大噪聲、光纖傳輸擾動(dòng)噪聲、受激布里淵散射（SBS）以及四波混頻（FWM）等十余種遠(yuǎn)程噪聲的綜合抑制，研制了一套低噪聲的400km往返傳輸時(shí)/波分混合復(fù)用陣列，實(shí)測(cè)的系統(tǒng)本底噪聲僅為-97dB@1kHz(re1rad/sqrt(Hz))。論文主要的內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）系統(tǒng)地研究了使用超窄線寬激光光源的水聽器遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，相干 DRS引入的強(qiáng)度及相位噪聲特性。提出利用相

3、位產(chǎn)生載波（PGC）調(diào)制解調(diào)方案抑制DRS噪聲的方案，并在實(shí)驗(yàn)中獲得了20dB以上噪聲抑制效果。探討了激光器佛克脫（Voigt）線型決定 DRS相位噪聲頻譜的物理機(jī)制，得到了適當(dāng)增加激光器線寬可減小DRS引入的低頻相位噪聲的結(jié)論。該結(jié)論為水聽器遠(yuǎn)程系統(tǒng)用光源的選擇提供了依據(jù)。在100km遠(yuǎn)程傳輸實(shí)驗(yàn)中，使用Voigt線寬約12.5kHz的半導(dǎo)體激光器，并結(jié)合PGC調(diào)制解調(diào)方案，消除了DRS相位噪聲對(duì)水聽器系統(tǒng)的影響，提升了遠(yuǎn)程傳輸距離。

4、
　?。?）針對(duì)采用PGC方案的遠(yuǎn)程水聽器系統(tǒng)，研究了光放大強(qiáng)度噪聲—相位噪聲的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲得了解調(diào)后的相位噪聲幅度比強(qiáng)度噪聲增加約3.5dB的結(jié)論。引入強(qiáng)度噪聲解調(diào)轉(zhuǎn)換系數(shù)和寬帶采樣混疊因子兩個(gè)參量，建立了完整的光放大等效相位噪聲模型，為評(píng)估光纖水聽器超遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆糯箧溌吩肼曅阅芴峁┝擞行侄巍?br>　?。?）基于100km無中繼往返傳輸?shù)乃犉飨到y(tǒng)，設(shè)計(jì)了低噪聲的拉曼/摻鉺光纖（FEA/EDFA）混合放大模塊，對(duì)極弱光高增益

5、放大時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)背景噪聲進(jìn)行了抑制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)RA/EDFA混合放大相比EDFA單獨(dú)放大的相位噪聲降低了~8dB，系統(tǒng)的總噪聲降至-104.2dB。
　?。?）基于400km往返傳輸?shù)某h(yuǎn)程水聽器系統(tǒng)，綜合考慮光電信號(hào)處理、時(shí)分復(fù)用（TDM）陣列以及傳輸鏈路等系統(tǒng)參數(shù)對(duì)級(jí)聯(lián)光放大噪聲的影響，研制了低噪聲的9級(jí)級(jí)聯(lián)光放大鏈路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光放大鏈產(chǎn)生的相位噪聲僅為-106.2dB，系統(tǒng)總噪聲在-97.2dB~-99.0dB（@

6、1kHz~14kHz）之間。該結(jié)果為光纖水聽器超遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓夥糯箧溌贩桨冈O(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　?。?）將自適應(yīng)噪聲對(duì)消方案引入光纖水聽器遠(yuǎn)程系統(tǒng)，對(duì)擾動(dòng)傳輸光纖帶來的相關(guān)噪聲進(jìn)行了濾除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于傳輸光纖中連續(xù)的大幅度相位調(diào)制噪聲以及沖擊光纖產(chǎn)生的隨機(jī)偏振噪聲，分別使用歸一化最小均方誤差（NLMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法可將其有效濾除，并且噪聲抑制幅度達(dá)20dB。實(shí)驗(yàn)同時(shí)證明，自適應(yīng)噪聲消除的結(jié)果明顯優(yōu)于常規(guī)的

7、噪聲相減法對(duì)傳輸噪聲的抑制效果。
　?。?）在遠(yuǎn)程噪聲綜合抑制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了高性能的光電信號(hào)處理系統(tǒng)以提升遠(yuǎn)程陣列返回信號(hào)的解調(diào)穩(wěn)定性，完成了一套400km往返傳輸?shù)?T×2W復(fù)用陣列。該陣列的平均噪聲在-97dB@1kHz，TDM平均串?dāng)_在-61dB~-75dB之間；WDM串?dāng)_平均值優(yōu)于-73dB；TDM和WDM陣列的波形相關(guān)系數(shù)在0.98~0.99之間。經(jīng)400km傳輸后，除噪聲略微增加外，系統(tǒng)的綜合性能與短程系統(tǒng)相當(dāng)。這標(biāo)