光纤水听器系统噪声分析及抑制技术研究

论文摘要

光纤水听器系统逐渐走向大规模阵列应用阶段,其噪声问题作为系统的关键技术问题,成为提升系统性能的瓶颈,本文对光纤水听器系统噪声问题进行了深入的分析研究,解决了一些关键技术问题,将推动光纤水听器技术的进步。在大规模水听器系统基本方案的基础上,分析了系统各种噪声的来源,针对光频调制非平衡相干检测PGC解调方案的光纤水听器系统,建立了包含各种因素的相位噪声模型,揭示了各种噪声到系统最终相位信号输出的传递关系,为系统各种噪声分析奠定基础。对环形腔激光器的弛豫振荡进行了深入理论研究和试验测试,分析了弛豫振荡噪声对PGC解调的影响,提出了改变驱动功率来改变噪声峰位置,从而降低该噪声对系统噪声影响的方法,并通过改进激光器结构参数和研制具有弛豫振荡抑制功能的高性能驱动控制器,使弛豫振荡峰减小25dB以上,残余振荡小于3dB,大幅度降低了系统噪声。建立了非平衡干涉仪相位噪声的测试系统,结合大规模光纤水听器阵列的结构和探测基元的参数特性,探索通过补偿抑制相位噪声的具体措施,提出主动相位扰动自动参数获取的相位噪声抑制方法,有效抑制大相位噪声最高可达20dB以上,解决了大规模光纤水听器阵列相位噪声抑制的一大难题,提高了系统的抗环境干扰能力和探测性能。研究了激光器的跳模现象对系统的影响,通过对激光器参数的调整和跳模过程的测试,寻找被动抑制跳模的最佳结构参数,在一定程度上抑制跳模的发生和降低跳模频度,在静态下8小时跳模可降到5次以下。通过对PGC解调信号中跳模过程的分析,探讨了主动抑制跳模的可能控制参量和主动跳模抑制的可能性。通过电光偏振调制的研究,探讨光传输偏振噪声问题,提出了在时分复用PGC解调系统中同步调制采样抑制偏振起伏的有效方法。提出了高相干光传输杂散光相干噪声问题,给出了定量分析结果,为大规模光纤水听器系统设计和系统建造中光传输噪声的控制提供了一项依据。本论文的研究成果已在实际系统中得到应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤水听器系统的研究现状及发展趋势
• 1.2 光纤水听器系统关键技术
• 1.2.1 光纤水听器基元技术
• 1.2.2 光纤水听器信号检测技术
• 1.2.3 光纤水听器消偏振衰落技术
• 1.2.4 光纤水听器复用及成阵技术
• 1.3 光纤水听器光源噪声抑制技术
• 1.3.1 光源的强度噪声抑制
• 1.3.2 光源的相位噪声抑制
• 1.3.3 光源跳模现象与抑制
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 大规模光纤水听器阵列系统噪声分析
• 2.1 大规模光纤水听器阵列系统基本方案
• 2.2 PGC 内调制技术噪声分析
• 2.3 光纤水听器系统噪声分析
• 第三章 光源强度噪声对系统的影响
• 3.1 光纤环形腔激光器的弛豫振荡噪声理论研究
• 3.2 弛豫振荡噪声数值仿真
• 3.3 弛豫振荡噪声对PGC 解调的影响
• 第四章 光源相位噪声对系统的影响及抑制
• 4.1 光源相位噪声对非平衡干涉仪的影响
• 4.2 非平衡干涉中相位噪声分析
• 4.3 大规模光纤水听器阵列中光源相位噪声的抑制
• 第五章 高相干可调谐光纤环形腔激光器跳模特性研究
• 5.1 光纤环形腔激光器跳模特性测试分析
• 5.2 在PGC 解调系统中跳模过程表现
• 5.3 主动跳模抑制的可行性研究
• 第六章 光纤水听器系统光学传输噪声
• 6.1 偏振衰落现象
• 6.2 偏振调制及抗偏振衰落基本理论
• 6.3 空分、时分系统中电光调制消除偏振衰落
• 6.3.1 空分系统中消除偏振衰落
• 6.3.2 时分复用系统中同步电光调制采样方法
• 6.4 高相干光传输的杂散光相干噪声
• 第七章 高相干可调谐激光器改进及高性能驱动器研制
• 7.1 饵纤饱和吸收窄线宽可调谐光纤环形腔激光器改进及驱动控制
• 7.2 使用光电负反馈抑制弛豫振荡噪声的实现
• 7.3 激光器的性能测试
• 第八章 光纤水听器系统噪声测试分析
• 8.1 系统噪声基本特性测试结果
• 8.2 光纤水听器系统综合试验
• 8.2.1 阵列指向性因子测量
• 8.2.2 阵列最小可检测信噪比测量
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果