摘 要

光纤可调谐滤波器是一种用来进行波长选择的器件，它能选择特定波长并将其输出，而将其他波长的光滤除，在光纤普及的今天具有非常广泛的应用。随着我国光领域技术的日益发展,光纤可调谐滤波器已经成为光纤技术领域中难以替代的部分。如今，在众多光纤可调谐滤波器中，最受青睐的就是可调谐法布里-珀罗（F-P）滤波器。

本文首先阐述了光通信及光传感背景下可调谐法布里-珀罗滤波器的发展历程以及在当今世界上的发展情况,凸显出了关于此类滤波器的相关研究的重要性；接着着重介绍了它的基本理论，包括F-P腔的基本原理，滤波器的工作原理以及它的性能指标；在充分理解法布里-珀罗可调谐滤波器的原理及特性后，本文采用数字电路和模拟电路相结合的驱动思路进行了基于FPGA的法布里-珀罗可调谐滤波器的驱动系统设计，包括三角波发生，DAC数模转换，功率放大等模块的设计，并仿真和实现了针对于法布里珀罗滤波器的驱动系统；此外，本文还对所涉及到的芯片进行了分析研究，对Field-Programmable Gate Array(FPGA)以及FPGA的开发软件和设计流程进行了简要的阐述；最后本文对该课题的研究进行了总结。本文所设计的基于FPGA的法布里珀罗可调谐滤波器的驱动电路成功地驱动了该滤波器，并得到了相应波段的波长检测图。

关键词：可调谐法布里-珀罗滤波器，驱动电路，Field-Programmable Gate Array(FPGA)

Abstract

Tunable optical filter is a wavelength-selecting device which has been widely used in fiber communication and fiber sensing fields. Especially with the development of optical fiber communication and fiber sensing technology, tunable optical filter, as a multiplexer, demultiplexer and central part of the sensing and demodulating system, has become an indispensable component in optical networks. Currently there are plenty different kinds of tunable optical filter, but the most widely used and most advanced one is the Fabry-Perot tunable filter.

This paper first introduces the development history of the F-P tunable filter and its current development at home and abroad under the background of optical fiber communication and fiber sensing, highlighting the importance of the research and realization of the F-P tunable filter, and then emphatically introduces the basic theory of the F-P tunable filter, including basic principles of the F-P cavity, how the tunable F-P filter works and its properties. After fully understanding the principle and characteristics of the F-P tunable filter, this article has designed the drive system of the F-P tunable filter based on FPGA by adopting an idea that uses both digital and analog circuits, including the generation of the triangular-wave, the digital to analog conversion and power amplification, and both simulated and realized the drive system of the F-P tunable filter. In addition, the paper also introduces the chips that are used, FPGA and its developing software and design process. At last, this paper summarizes the research on this project. The drive system based on FPGA conducted in this paper has successfully driven the F-P tunable filter, and get the detection images of the corresponding band wavelength.

Key Words：the F-P tunable filter, drive system, FPGA

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景以及意义 1

1.2 国内外的研究现状 1

1.3 本文的研究内容及章节安排 3

1.4 本章小结 3

第2章 可调谐F-P腔滤波器的基本理论 4

2.1 F-P腔的基本原理 4

2.1.1 F-P腔的理论基础 4

2.2 可调谐F-P滤波器的基本原理 6

2.2.1 可调谐F-P滤波器的工作原理 6

2.2 本章小结 8

第3章 基于FPGA的F-P可调谐滤波器的驱动设计 9

3.1 FFP-TF2及其特性分析 9

3.2 驱动设计思路及原理 10

3.2.1 现场可编程逻辑门阵列（FPGA）简介 11

3.2.2 FPGA 的开发软件和设计流程 13

3.3 F-P滤波器驱动的软件设计 13

3.3.1 DDS的基本原理 14

3.3.2 DDS的FPGA实现 15

3.4 F-P滤波器驱动的硬件设计 16

3.4.1 基于DAC900的D/A转换电路 16

3.4.2 基于THS3091的功率放大电路 20

3.5 驱动电路的仿真及实现 22

3.5.1 DDS的Modelsim SE仿真 22

3.5.2 驱动电路的整体连接与实现 23

3.6 本章小结 25

第4章 总结与展望 26

4.1 总结 26

4.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景以及意义

早在1966年，高锟博士就从理论上预测了通过光纤可以实现低损耗的信息传输，并同时在其所发表的文章中提出了光纤于通信领域中的相应应用^[1]。不久后，随着损耗降至数十dB/km的光纤以及半导体激光器的研制成功，光纤技术逐渐发展到了实用化阶段^[2-6]。如今，很多领域都逐渐引入了光纤，比如信息产业、医疗业、加工业等等，但应用最多的还是光通信和光传感领域。

光通信以及光传感行业是近年来新兴的技术产业，对国家的经济发展具有非常大的促进作用。随着社会的不断发展，光纤技术逐渐深入到世界的每一个角落，越来越多国家需要提高其信息网络覆盖率，对光传感器的需求也越来越大，因此使得解调和滤波仪器的需求量也不断地上升，而法布里珀罗滤波器是光通信系统以及光传感网络中最必不可少的器件，它的研究就显得十分重要。

在光纤通信中，要想让波分复用系统能够正常运行，就必须要引入光纤可调谐滤波器。波分复用的原理是将不同波长的光在发送端复用在一起，经耦合传输后再接收端解复用，所以在波分复用系统里，尤其是其解调部分中，需要依次对不同波长的光信号进行处理，而光纤法布里珀罗滤波器就是这样一种波长选择器件，同时它也是波分复用系统中复用器和解复用器的核心组成部分，因此，对于光纤法布里珀罗滤波器以及其相关技术的研究是一件非常重要的事情。