功率放大器在压电陶瓷的光纤声光移频实验中的应用

实验名称：功率放大器基于压电陶瓷的光纤声光移频实验中的应用

研究方向：光纤中声光效应

实验内容：用高频高压信号驱动压电陶瓷振动光纤产生声波，进而引起光的多普勒效应，产生移频分量。

测试目的：利用放大器对驱动电压的放大实现压电陶瓷的高效率振动， 驱动电压大幅增加，使得压电陶瓷片振动强度大，其增强的声光作用在光纤上产生有效的声波传输和多普勒频移。

测试设备:  压电陶瓷，耦合器，光纤光栅，PZT，功率放大器ATA-2022H等。

实验过程：

外差相干检测技术是基于探测光束和本振光束在探测器光敏面上混频实现，光外差相干检测可以响应光波的振幅、频率以及相位信息，适用于微弱信号的检测。提出了通过光纤中模式转换过程中的声光多普勒效应很好的实现了低频移量，并应用于振动探测。

基于模式选择耦合器（MSC）和 声致光纤光栅（AIFG） 制作了一 种光纤模式转换移频器（MCFS）。基本原理是通过光纤中LP11纤芯模式转换为基模的过程中，由于声光效应产生多普勒频移，可以直接得到一个 500kHz-1MHz的低频频移分量。并基于这种 MCFS 提出了两种外差相干检测方案，实现了光信息的相干检测与解调。实验中，采用ATA-2022H功率放大器对PZT进行放大，能够实现对高频PZT的有效驱动，放大倍数25倍，电压能够到100V，驱动频率到5MHz，能够很好的驱动PZT的高效振动，进而实现光纤上声波的传输，产生有效的光纤弯曲和对光波的多普勒效应。

测试结果：

全光纤FBG外差相干检测实验，使用MSC作为纤芯模式产生的器件，是因为全光纤结构的MSC不仅可以高效率地实现基模光束到高阶纤芯模式光束的转换，还可以利用SMF和FMF两个输出端消除SSBI，极大地提高外差相干检测的性能。

实验中将MSC的SMF输出端的光束称为探测光束，MSC的FMF输出端的光束称为本振光束，输出为LP11纤芯模式，通过光纤中声光效应产生光纤微弯曲形成动态长周期光栅，LP11纤芯模式在AIFG中转换回基模的同时，由于声光多普勒效应也会对转换回的基模有多普勒频移，频移量取决于光纤上施加的声波频率。实验图是基于MCFS和AIFG提出的全光纤外差相干检测方案图，通过3 dB单模光纤耦合器将MSC的SMF输出端和AIFG的FMF输出端连接起来，合成一束进入到光学示波器和频谱仪中测量其信号。

放大器在该实验中发挥的效能: 高频电压放大，驱动压电陶瓷产生声波振动增强，附加噪声小，移频量可控

您选择该放大器的原因: 放大效果好，能够增强光纤中声光效应

ATA-2022H功率放大器参数指标：

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该实验案例内容及图片引用自论文《Zhang L, et al. Journal of Lightwave Technology, 2020, 38(21): 6057-6062.》