基于FPGA的光子晶体光波变换的系统设计

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随着光通信技术和测量技术的发展,以及人们对各种不同频率光子产品需求的不断增加,研究一种新型可调谐激光光源不仅具有重要的学术价值,而且还会产生显著的社会经济效益。  首先,本文分析了二维光子晶体的带隙和波导特性,从理论上对二维光子晶体的选频特性进行了可行性分析。并利用平面波展开法和时域有限差分法对其透射性能进行了数值模拟和技术分析,基于此设计了二维光子晶体的结构模型,并在其中引入了线缺陷,从而形成了光波导结构;其次,研究了一种新型的光子频率变换方法—利用超声波声子碰撞光子晶体中的光子使得光子频率发生相应的改变并最终从光波导中传送出来。该频率变换系统设计主要包括:频率合成器设计、锁相环高频发生器设计、大功率超声探头驱动模块设计等。同时为了实现对光波数据采集系统的光波长测量,采用了一种新型的基于FPGA的高速线阵CCD,该测量过程主要是以FPGA作为光学图像数据的控制和处理核心,通过采用Verilog HDL语言设计线阵CCD驱动模块、高速A/D、异步FIFO及UART单元,并配合外围的电平转换、放大滤波、二值化处理等实现对光信号的数据处理;最后,运用Visual C++和Microsoft公司的基本类库MFC实现了上位机设计,完成了对采集数据的显示、绘图、串口通信控制等功能。  通过光学系统的设计和上述各个功能模块的有机结合实现了光信号测试平台的搭建,以此为基础进行了光信号特性的测试。测试结果表明,该系统不仅成功实现了声波致变光波频率,而且工作性能良好、测量精度可以达到0.01 nm,具有一定的理论和实用价值。
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