開題報(bào)告-王荷葉

開題報(bào)告班級(jí)（學(xué)號(hào)）：測(cè)控0801（2008010662） 姓名：王荷葉指導(dǎo)教師：祝連慶教授一、綜述（本課題研究的意義、研究的現(xiàn)狀、發(fā)展以及現(xiàn)階段成果）關(guān)于脈沖光纖激光器光功率計(jì)的設(shè)計(jì)與研究，脈沖光纖激光器的的研究有著十分深遠(yuǎn)的意義，隨著光通信網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖激光器技術(shù)正在不斷向廣度和深度方面推進(jìn)。將為光纖激光器的設(shè)計(jì)提供新的對(duì)策和思路。盡管目前多數(shù)類型的器件仍處于實(shí)驗(yàn)室研制階段，但已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中充分顯示其優(yōu)越性。目前光纖激光器的開發(fā)研制正向多功能化、實(shí)用化方向邁進(jìn)，可以預(yù)見，光纖激光器將必將在未來光通信、軍事、工業(yè)加工、醫(yī)療、光信息處理、全色顯示和印刷等領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。脈沖光纖激光器在最近幾年成為研究和關(guān)注的熱點(diǎn)，但光纖激光器并非新生事物，就在激光器誕生后的第二年即1961年，美國(guó)光學(xué)公司（AmericanOpticalCorporation）的E.Snitzer采用燈泵浦0.012英寸（約304pm）和32pm兩種直徑的光纖（纖芯材料是摻Nd3+鋇冕玻璃（bariumcrownglass）,包層是蘇打-石灰-硅酸鹽材料），觀察到了中心波長(zhǎng)為1.06pm的受激輻射現(xiàn)象,這是國(guó)際上最早報(bào)道的光纖激光器。964年C.J.Koester和E.Snitzer又發(fā)表了多組份玻璃光纖中的光放大結(jié)果。不久以后，光纖激光器被用于光學(xué)信息處理方面的工作,但由于當(dāng)時(shí)條件的限制,此后光纖激光器的發(fā)展基本停滯不前。進(jìn)入21世紀(jì)后,高功率雙包層光纖激光器的發(fā)展突飛猛進(jìn),最高輸出功率記錄在短時(shí)間內(nèi)接連被打破，前單纖輸出功率（連續(xù)）已達(dá)到2000W以上。IPG（photonics）公司憑借在2000年獲得的1億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資異軍突起,展示了各式光纖激光器和放大器:S、C、L波段的各種光纖放大器、高功率的EDFA、拉曼光纖激光器和雙波長(zhǎng)拉曼光纖激光器。它推出一系列的摻Y(jié)b高功率光纖激光器,現(xiàn)在輸出功率有直到50kW的產(chǎn)品可供選擇。德國(guó)的IPHT也有極高的研發(fā)和制造水平,它們也加入到新產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中來?，F(xiàn)在已經(jīng)有多臺(tái)千瓦級(jí)光纖激光器在美國(guó)、歐洲、亞洲投入到工業(yè)加工或科學(xué)研究中。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)80年代開始這個(gè)領(lǐng)域的研究工作,如上海光機(jī)所、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、天津大學(xué)以及郵電部和電子部所屬的一些研究單位,在光纖激光器、放大器和相關(guān)器件的研究中都取得了一定的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器的研究起步較晚。南開大學(xué)開展摻鐿雙包層光纖激光器的研究工作,并取得了一系列的科研成果,特別是在雙包層光纖光柵方面取得了開創(chuàng)性成果。上海光學(xué)精密機(jī)械研究所則在光纖激光器研制方面開展了許多重要的工作,經(jīng)過對(duì)抽運(yùn)光的整形,大大提高了耦合效率,報(bào)道的百瓦量級(jí)的摻鐿雙包層光纖激光器,實(shí)現(xiàn)了高達(dá)70%的光轉(zhuǎn)換效率。2005年,烽火通信科技股份有限公司與上海光機(jī)所樓棋洪研究員等合作，成功研制出功率高達(dá)440W的摻鐿雙包層光纖激光器,其中雙包層摻鐿光纖由烽火公司拉制。最近,他們采用烽火公司的大模場(chǎng)面積雙包層光纖，又將功率值提升到714W。中國(guó)兵器裝備研究院報(bào)道單纖功率突破lkW。但總的來說，國(guó)內(nèi)研究滯后國(guó)外幾年時(shí)間，關(guān)鍵性制約因素是缺乏自主研制光纖制作設(shè)備和開發(fā)高功率泵浦半導(dǎo)體激光器的能力。二、 研究?jī)?nèi)容（研究方向，研究?jī)?nèi)容、系統(tǒng)功能）該課題主要是根據(jù)光纖激光器的功能特點(diǎn)，研究方向是設(shè)計(jì)一個(gè)可以通過信號(hào)發(fā)生器將激光功率的模擬信號(hào)顯示在數(shù)碼管上的設(shè)備。首先要實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思，初步需要以下幾個(gè)部分內(nèi)容進(jìn)行研究：（1）對(duì)模擬信號(hào)的放大，以及峰值保持。（2）通過AD轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。（3）通過單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理。（4）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為功率顯示在數(shù)碼管上。（5）設(shè)置報(bào)警裝置。對(duì)于該系統(tǒng)的功能是最終實(shí)現(xiàn)光功率的顯示，通過具體的細(xì)化分析研究之后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的初步構(gòu)架了。原理圖設(shè)計(jì)完之后，經(jīng)過分析論證，MATLAB軟件仿真，經(jīng)過反復(fù)檢測(cè)沒有問題，方可進(jìn)行電路板的制作，最后就是對(duì)元器件的排版焊接和電路板的調(diào)試。上述的基本操作過程就是脈沖光纖激光器光功率計(jì)的設(shè)計(jì)與研究的初步方向內(nèi)容以及要實(shí)現(xiàn)的功能。三、 研究方法及預(yù)期目標(biāo)（包括實(shí)施的初步方案、重點(diǎn)、難點(diǎn)及環(huán)境）（1） 分析整個(gè)電路的構(gòu)成，將電路的設(shè)計(jì)分為幾個(gè)大的部分，有條理有順序的進(jìn)行完成各部分的設(shè)計(jì)要求；（2） 通過仿真軟件將電路設(shè)計(jì)的所需的元器件連接進(jìn)行軟件仿真；（3） 在完成軟件仿真后，用ptotel制作電路板對(duì)元器件的排版焊接和電路板的調(diào)試。研究條件和實(shí)驗(yàn)條件：（1）計(jì)算機(jī)一臺(tái)；（2）示波器、直流穩(wěn)壓電源、萬用表、信號(hào)發(fā)生器各一臺(tái)；（3）電路板、電烙鐵一把、焊錫絲若干、不同阻值電阻電容若干。（4）Opa234ne5532c51單片機(jī)adc0804等基本芯片。（5）系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)框圖可能遇到的問題與其解決方案：在光信號(hào)的采集、放大、濾波過程中，需要設(shè)計(jì)一套比較完善的放大濾波電路，其中為避免噪聲計(jì)外界干擾，對(duì)于放大濾波電路的設(shè)計(jì)要求精度要高。在通過單片機(jī)進(jìn)行編程的過程中，軟件的編程時(shí)比較難的一個(gè)環(huán)節(jié)。單片機(jī)在分析和處理的過程中，不能準(zhǔn)確采樣到更加明顯和穩(wěn)定的峰值。解決的方法和措施找到比較完整的，并且通過多級(jí)放大濾波來解決噪聲和干擾的問題，或者通過直接接入模塊已解決類似問題。在進(jìn)行軟件程序編程之前，需要比較深入的了解單片機(jī)編程的基本方法和技巧，熟練掌握單片機(jī)編程的特點(diǎn)。在第一次設(shè)計(jì)的整體電路圖中，我沒有在信號(hào)采集，放大，濾波后加入峰值保持電路，而是通過A/D轉(zhuǎn)換直接進(jìn)行了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，后經(jīng)過分析可知，這樣單片機(jī)不能夠直接采樣到峰值，所以我又增加了一個(gè)峰值保持電路的環(huán)節(jié)，目的是通過峰值保持器采樣到頻率比較高的正弦波，這樣做能夠更加充分的保證單片機(jī)采樣到峰值，使得噪聲以及外部干擾降低到最小。四、對(duì)進(jìn)度的具體安排（宋體、小四號(hào)、加粗）第1-3周：搜集資料，初步完成開題報(bào)告第4周：對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行理論分析第5-6周：完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)第7-9周：完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)第10-12周：對(duì)整體設(shè)計(jì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)試第13-14周：開始寫畢業(yè)論文第15周：修改完善畢業(yè)論文第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯前準(zhǔn)備工作第17周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯五、參考文獻(xiàn)（宋體、小四號(hào)、加粗）1、樓祺洪.高功率光纖激光器及其應(yīng)用.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，20102、喬桂紅.光纖通信.人民郵電出版社,20093、廖延彪、黎敏、張敏.光纖傳感技術(shù)與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，20094、趙尚弘、占生寶、石磊.高功率光纖激光技術(shù).科學(xué)出版社，20105、劉錦賢、陳良惠、夏建白、謝世鐘.超高頻激光器與線性光纖系統(tǒng).科學(xué)出版社，20116、聶秋華.光纖激光器和放大器技術(shù).電子工業(yè)出版社，19977、郭玉彬、霍佳雨.科學(xué)出版社，20088、彭輝.大功率光纖激光器相干組束的研究.光電技術(shù)應(yīng)用.20119、 曹輝、王俠.293w全光柵激光器研究?光通信技術(shù).201110、 侯藍(lán)田、韓穎.光纖激光器的發(fā)展與應(yīng)用.燕山大學(xué)學(xué)報(bào).201111、 蔡志平、葉陳春.新型激光技術(shù)研究進(jìn)展.廈門大學(xué)學(xué)報(bào).201112、 楊云.國(guó)外光纖激光器技術(shù)的發(fā)展分析.艦船電子工程.200913、 張勁松.高功率光纖激光器發(fā)展概況.光通信技術(shù).200914、 王海先.簡(jiǎn)單的激光窄脈沖信號(hào)準(zhǔn)峰值采樣脈沖電路.華中光電技術(shù)研究所.199815、 N.Bloembergen.NonlinearOPties.Benjamin，Reading，MA，1977，ChaP.1.16、 Y.R.Shen.PrineiPlesofNonlinearOPtics.Wiley，17、 R.H.StolenandC.Lin.Self-PhasemodulationinsilieaoPticalfibers.ph”.Rev.A，1978，17（4）:1448一1453.18、 G.P.Agrawal.Fiber—OPtieCommunieationSystems.Znd.ed.Wiley,NewYork,199719、 P.A.Andrekson,N.A.Olsson,J.R.SimPson,T.Tanbun—Ek,R.A.Logan,M.Haner.16Gb/5all—■ oPticaldemultiPlexingusingfour-wavemixing.Electron.Lett., 1991,27（11）:922一924.20、 YR.Shen,ThePrineiP