功率放大器在壓電陶瓷的光纖聲光移頻實驗中的應用

實驗名稱：功率放大器基于壓電陶瓷的光纖聲光移頻實驗中的應用

研究方向：光纖中聲光效應

實驗內容：用高頻高壓信號驅動壓電陶瓷振動光纖產生聲波，進而引起光的多普勒效應，產生移頻分量。

測試目的：利用放大器對驅動電壓的放大實現壓電陶瓷的高效率振動， 驅動電壓大幅增加，使得壓電陶瓷片振動強度大，其增強的聲光作用在光纖上產生有效的聲波傳輸和多普勒頻移。

測試設備:  壓電陶瓷，耦合器，光纖光柵，PZT，功率放大器ATA-2022H等。

實驗過程：

外差相干檢測技術是基于探測光束和本振光束在探測器光敏面上混頻實現，光外差相干檢測可以響應光波的振幅、頻率以及相位信息，適用于微弱信號的檢測。提出了通過光纖中模式轉換過程中的聲光多普勒效應很好的實現了低頻移量，并應用于振動探測。

基于模式選擇耦合器（MSC）和 聲致光纖光柵（AIFG） 制作了一 種光纖模式轉換移頻器（MCFS）。基本原理是通過光纖中LP11纖芯模式轉換為基模的過程中，由于聲光效應產生多普勒頻移，可以直接得到一個 500kHz-1MHz的低頻頻移分量。并基于這種 MCFS 提出了兩種外差相干檢測方案，實現了光信息的相干檢測與解調。實驗中，采用ATA-2022H功率放大器對PZT進行放大，能夠實現對高頻PZT的有效驅動，放大倍數25倍，電壓能夠到100V，驅動頻率到5MHz，能夠很好的驅動PZT的高效振動，進而實現光纖上聲波的傳輸，產生有效的光纖彎曲和對光波的多普勒效應。

測試結果：

全光纖FBG外差相干檢測實驗，使用MSC作為纖芯模式產生的器件，是因為全光纖結構的MSC不僅可以高效率地實現基模光束到高階纖芯模式光束的轉換，還可以利用SMF和FMF兩個輸出端消除SSBI，極大地提高外差相干檢測的性能。

實驗中將MSC的SMF輸出端的光束稱為探測光束，MSC的FMF輸出端的光束稱為本振光束，輸出為LP11纖芯模式，通過光纖中聲光效應產生光纖微彎曲形成動態長周期光柵，LP11纖芯模式在AIFG中轉換回基模的同時，由于聲光多普勒效應也會對轉換回的基模有多普勒頻移，頻移量取決于光纖上施加的聲波頻率。實驗圖是基于MCFS和AIFG提出的全光纖外差相干檢測方案圖，通過3 dB單模光纖耦合器將MSC的SMF輸出端和AIFG的FMF輸出端連接起來，合成一束進入到光學示波器和頻譜儀中測量其信號。

放大器在該實驗中發揮的效能: 高頻電壓放大，驅動壓電陶瓷產生聲波振動增強，附加噪聲小，移頻量可控

您選擇該放大器的原因: 放大效果好，能夠增強光纖中聲光效應

ATA-2022H功率放大器參數指標：

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布，西安安泰電子科技有限公司（Aigtek）是國內專業從事測量儀器研發、生產和銷售的高科技企業。公司致力于功率放大器、計量校準產品、線束測試儀等產品為核心的相關行業測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek 已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。如想了解更多實驗方案，請持續關注安泰電子官網www.aigtek.com.cn。

該實驗案例內容及圖片引用自論文《Zhang L, et al. Journal of Lightwave Technology, 2020, 38(21): 6057-6062.》