摘 要

可变光衰减器，顾名思义，就是对输入光的功率进行衰减的器件。由于可以配合掺铒光纤放大器，实现对光功率的均衡增益，因此在波分复用网络中，可变光衰减器有着重要的作用。自上个世纪90年代以来，由于光纤通信的发展，光衰减器的发展速度逐渐加快并于2009年左右进入稳定期。目前，在实际应用中，使用较为广泛的光衰减器包括基于反射原理的MEMS光衰减器以及基于折射遮挡原理的滤光片光衰减器；而在研究上，国内较为热门的有基于等离子散射效应的绝缘体上硅（SOI）光衰减器，国外则集中在基于光纤制作的光衰减器和基于调控消逝波（evanscent field）的光衰减器。

然而，无论是哪一种光衰减器，都存在以下两个特点：衰减不稳定与衰减非线性。本文的研究目的，就是通过拟合算法，抑制这两个特点对光衰减器实际工作的影响，使得光衰减器能够稳定而准确地产生特定的衰减值。参考PCM编码中的13折线法，本文设计了一种使用多段折线相拼接的拟合算法，在不同的波长下将光衰减器的衰减特性用多条线段进行拟合。之后，将光衰减器的控制电压作为中间变量，将预期衰减量作为间接控制量，根据预期衰减量查表计算产生控制电压并作用于光衰减器。

在所使用的拟合算法的作用下，光衰减器衰减量的预期值与实际值之间的差距可以被控制在0.15dB以内，且作为控制量的预期衰减量与实际衰减量之间具有十分量好的线性关系。此外，当波长在1310nm-1550nm上变化时，由波长引起的衰减量变化可以被控制在0.2dB以内。

关键词：可变光衰减器；线性；稳定性；拟合算法；多段折线

Abstract

As indicated by its name, variable optical attenuator(VOA), is the device that is capable of attenuating the power of input light. Due to its ability to achieve balanced gain of light power when cooperating with EDFA，great importance has been attached to VOA, in WDM peculiarly. Since 1990s, on account of the booming of fiber communication, VOA has been developing at an alarming rate and has plateaued since 2009. Recently, the most widely used VOA in application include MEMS VOA based on reflecting torsion mirror and filter VOA based on absorbing and blocking. When it comes to the research, the most focused topic interiorly includes EA-type SOI VOA based on plasma diffusion while exteriorly most attention is paid to VOA based on fiber and controlling evanescent field.

Whereas, all VOA have two ineluctable feature: attenuation instability and attenuation non-linearity. The purpose of the research is to contain the influence of the two features mentioned above and achieve stable and precise attenuation. By referring to the 13 fold lines in PCM，a fitting algorithm using polyline has been devised to fit the attenuation characteristic of VOA under the circumstances of different input wavelength by using multiple lines and putting them together. Then, anticipated attenuation is applied as indirect control while the direct control voltage is applied to VOA as an intermediate variable attained by looking up tables and calculating.

With the help of fitting algorithm, the difference between anticipated attenuation and actual attenuation can be contained within 0.15dB and good accuracy and linearity can be achieved. On the other hand, the changes in attenuation caused by variation of wavelength can be hold within 0.2 dB when wavelength is varying from 1310nm to 1550nm.

Key Words：VOA；linearity；stability；fitting algorithm；polyline

目录

第1章 绪论 1

1.1前言 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1基于MEMS的VOA 1

1.2.2基于SOI的VOA 3

1.2.3基于滤光片的VOA 4

1.2.4其他VOA 5

1.3可变光衰减器的发展历程 7

1.4论文研究内容与结构 8

第2章 光衰减器的拟合与校准 9

2.1光衰减器自身的特点 9

2.2对光衰减器的校准 10

2.3光衰减器的拟合 13

第3章 拟合算法的设计与选择 15

3.1使用的光衰减器及其特性 15

3.2拟合算法的种类以及选择 16

3.3多项式拟合 17

3.4线性拟合 20

3.5线性分段拟合软件设计 22

3.6查表计算的软件设计 24

第4章 拟合结果 25

4.1拟合评判方法 25

4.2使用多项式拟合的效果 25

4.3使用多段折线拟合的效果 29

第5章 总结 34

参考文献 35

附录 35

致谢 41

第1章 绪论

1.1前言

在波分复用系统(WDM)中，可变光衰减器（VOA）可以对不同信道上不同波长的光信号进行动态的能量衰减，使之具有相同的功率，从而平衡不同信道的能量，改善接收端的误码率性能。另外，在检测与测量时，光衰减器可以在输入检测器的光能量过高时保护检测器。因此，可变光衰减器在光网络中扮演着重要的角色。一般来说，光衰减器的工作原理是介入光信号传输过程中，使得光信号的功率减少。而其对光信号传输的介入程度则最终落脚到电路上，由一定的控制电压驱动控制电路改变光衰减器的结构或者材料性质，从而决定对光信号的介入程度，介入的方式包括反射、折射、吸收、干涉等。而实现介入的方式也多种多样，比如基于MEMS的反射与折射式光衰减器、基于绝缘体上硅（SOI）的光波导光衰减器、使用滤光片进行光吸收的光衰减器、基于光纤倏逝场的光衰减器等。

在理想的状况下，输入的控制量（如电压）与光衰减器的衰减量呈线性关系，且具有准确的一一对应关系。但是实际中，光衰减器的衰减值往往与控制电压呈非线性关系。此外，在输入的控制电压相同时，光衰减器的衰减量还会因光波长、光偏振态、环境温度的变化而波动。因此，需要设计相关算法，使得在输入的特定的控制量时，通过计算产生一定的控制电压并随之产生与输入呈线性的衰减量，且其对应关系能够相对准确而稳定。

1.2国内外研究现状