CN104570214A - 高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度长距离光纤延迟线制作方法，用矢量网络分析仪代替精密反射仪进行高精度长距离光纤延迟线的制作。本发明在矢量网络分析仪的基础上，通过测试光纤时延实现对高精度光纤延迟线的制作，不需要使用参考光纤，避免了参考光纤长度不准确以及更换参考光纤所引入的误差；同时利用矢量网络分析仪测量光纤时延，不受测量距离的限制，可以根据任意目标延迟量完成高精度长距离光纤延迟线的制作。

Description

高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及光纤和精密测量技术领域，具体涉及一种利用矢量网络分析仪制作并测量的高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置及其制作方法。

背景技术

光纤延迟线的原理就是通过改变光纤的长度来控制光信号在光纤中传播的时间，即传播延迟(参见G.Kerser,Optical Fiber Communications,(Third Edition).McGraw-Hill Companies,New York,2000.)。光纤延迟线技术是指通过改变光纤的长短来改变光信号传输所需的时间，它用于实现信号的延迟、移相、缓存、滤波、干涉、分割、时分复用等信号处理场合，在光时分复用、光信息处理等诸多领域都有非常广泛的用途(参见Y.O.Barmenkov,et.al“Electrically tunable photonictrue-time-delay line,”Opti.Express,vol.18,no.17,pp.17859-17864,Aug.2010.)。例如，在光通信中，光纤延迟线可实现高数据速率的信号处理，制作成各种频率信号的处理器件；在相控阵雷达和智能天线中，基于光纤延迟线的光控微波波束形成器(Optical Beam Forming Network,OBFN)能够实现定向发射或接收的目的；在光模数转换系统中，通过对高精度光纤延迟线的制作，可以严格控制光纤的延迟量，从而形成时间上交织的光脉冲序列，结合波分复用/解复用器的使用能显著提高整个光采样系统的采样速率。

在实际应用中，光纤延迟线技术仍需解决如高精度光纤延迟线制作、测量技术，特别是大量程光纤延迟线的测量技术等问题。现有文献报道的高精度光纤长度切割装置利用螺旋旋钮实现精密控制(参见苏君，邱琪，史双瑾，高精度光纤长度切割装置及其方法，发明专利，授权号：CN 101726796 B,2011.)，但是没有针对具体长度的光纤延迟线提出解决方案，难以实现特定延迟的精确切割。目前，王博已总结出一套非常有效的精密光纤切割与制作流程以满足高精度光纤延迟线的制作要求，如采用精密反射仪作为光纤长度的测量设备，该设备精度高，适合高精度光纤延迟线的测量(王博.时间波长交织光采样脉冲序列的产生与分析[D].上海交通大学2009)。但是由于精密反射仪需要使用参考光纤，制作延迟线的长度和精度均受限于参考光纤的长度。如果参考光纤长度存在误差或在制作的过程中更换参考光纤，那么制作出的光纤延迟线也会存在无法修正的误差；同时，精密反射仪采用的是反射模式，需要考虑两倍的光纤切割长度，计算较为复杂。

本发明提出了一种利用矢量网络分析仪制作及测量高精度光纤延迟线的方法，将矢量网络分析仪与光纤延迟线的制作及测量结合，不需要使用参考光纤，能制作高精度长距离的光纤延迟线

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术及工作的不足，提出一种利用矢量网络分析仪制作及测量高精度光纤延迟线的方法，用矢量网络分析仪代替精密反射仪进行高精度光纤延迟线的制作及测量，避免了参考光纤长度不准确或更换参考光纤引入的误差，制作高精度长距离的光纤延迟线。

本发明所采用的具体技术解决方案如下：

一种高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置，包括光纤切割装置和光纤熔接仪，其特点在于，还包括连续激光光源、偏振控制器PC、电光调制器EOM、光电探测器PD和矢量网络分析仪；

所述的连续激光光源的输出光方向依次放置所述的偏振控制器PC和电光调制器EOM；

所述的电光调制器EOM的电输入端口、光电探测器PD的电输出端口分别与所述的矢量网络分析仪的两个端口连接。

所述的连续激光光源作为链路的光源输出连续光；

所述的偏振控制器用于调节电光调制器输入端的光脉冲偏振态，使其输出端光功率达到最大；

所述的矢量网络分析仪的两个端口分别连接电光调制器的电输入端口和光电探测器的电输出端口，用于测量出连接在电光调制器和光电探测器尾纤之间的光纤所引入的时延；

所述的光纤切割装置用于切割连接在电光调制器和光电探测器尾纤之间的接入光纤，便于矢量网络分析仪对待熔接光纤时延的在线测量，其特征在于通过对目标光纤延迟量的计算，对一段单模/多模光纤进行端面的定量切割，保证端面平滑。

一种利用上述高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置的高精度长距离光纤延迟线的制作方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

步骤1.将电光调制器的尾纤和光电探测器的尾纤连接，利用矢量网络分析仪测量尾纤长度引入的时延t₀；

步骤2.计算光纤的目标长度，公式如下：

$L=\frac{c\·T}{n}$

式中，T为光纤的目标延迟量，n为光纤纤芯的有效折射率，c为光在真空中传播的速度；

步骤3.将一段长度略大于L+s的光纤接在电光调制器的尾纤和光电探测器的尾纤之间，其中，s为光纤切割刀切掉的参考光纤长度，利用矢量网络分析仪测量该光纤链路总时延t₁，则该接入的光纤的时延为t_in1＝t₁-t₀；

步骤4.考虑光纤的目标延迟量T，以及光纤切割刀切掉的参考光纤长度s所对应的时延x，确定步骤3中光纤的参考目标延迟量t＝T+x，将步骤3中的光纤从中间减为两段，这两段光纤为待熔接光纤；

步骤5.计算待熔接光纤的切割长度，公式如下：

${\mathrm{\Δs}}_1=\frac{c\·{\mathrm{\Δt}}_1}{n},$

式中，Δt₁是当前光纤距目标光纤延迟线的时延差Δt₁＝t_in1-t；

步骤6.取待熔接光纤中任一段从其断点处向与尾纤连接的方向切割掉Δs₁长度；

步骤7.利用光纤切割装置的裸光纤适配器将切割后两段光纤的切断端相连，利用矢量网络分析仪测量该当前光纤链路总时延t₂；

步骤8.当t₂＝t，则进入步骤9；否则，另令t₁＝t₂，计算t_in1＝t₁-t₀，并返回步骤5；

步骤9.对两段待熔接光纤分别利用光纤切割刀的夹具固定，光纤端面与切割刀参考刻度或某个参考位置对齐，对两段待熔接光纤分别进行长度为s/2的精确切割；

步骤10.在光纤熔接仪上选择合适的熔接模式，对步骤9精确切割之后的两段待熔接光纤进行熔接，完成高精度光纤延迟线的制作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用矢量网络分析仪进行高精度长距离光纤延迟线的制作，在光纤切割的基础上用矢量网络分析仪取代精密反射仪，能直接测试出光纤的延迟量，精度可达1ps。由于本方案是利用矢量网络分析仪直接进行光纤延迟量的测试，不需要使用参考光纤作为比对，从而避免了参考光纤长度不准确或者更换参考光纤所引入的误差；同时，使用矢量网络分析仪测量光纤的时延不受测量距离的限制，可以进行长距离光纤延迟线的制作。采用裸光纤适配器和切割刀配合，根据目标延迟量灵活、快速地进行实时测量与制作。这种光纤延迟线的制作方案步骤简单，便于快捷地完成高精度长距离的光纤延迟线的制作。

附图说明

图1为本发明基于矢量网络分析仪制作高精度长距离光纤延迟线系统图。

图2为本发明基于矢量网络分析仪制作高精度长距离光纤延迟线流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的一个具体实施例。本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作流程。

图1为本发明基于矢量网络分析仪制作高精度光纤延迟线流程图。由图可见，该系统配合现有的光纤熔接仪，其构成包括：连续激光光源、偏振控制器PC、电光调制器EOM、光纤切割装置、光电探测器PD、矢量网络分析仪。

上述的各部件的连接关系如下：

所述的连续激光光源作为链路的光源输出连续光；

所述的偏振控制器用于调节电光调制器输入端的光脉冲偏振态，使其输出端光功率达到最大；

所述的矢量网络分析仪的两个端口分别连接电光调制器的电输入端口和光电探测器的电输出端口，用于测量出连接在电光调制器和光电探测器尾纤之间的光纤所引入的时延；

所述的光纤切割装置用于切割连接在电光调制器和光电探测器尾纤之间的接入光纤，便于矢量网络分析仪对待熔接光纤时延的实时测量，其特征在于通过对目标光纤延迟量的计算，对一段单模/多模光纤进行端面的定量切割，保证端面平滑、损耗小。

所述的连续激光光源为C+L波段的两端口波长可调激光光源，所述的偏振控制器PC为PLC-003-S-90型的偏振控制器，所述的电光调制器EOM为20G光强度调制器、所述的光纤切割装置由裸光纤适配器、FC法兰盘、光纤切割笔构成、所述的光电探测器PD为100G光电探测器、所述的矢量网络分析仪为安捷伦N5247A型、光纤熔接仪为FSM-60S型藤仓光纤熔接仪。

基于上述构成的光纤延迟线具体制作步骤如下：

1)将电光调制器的尾纤1端口和光电探测器的尾纤2端口相连，此段光纤即为连接于电光调制器和光电探测器之间尾纤的固定长度，利用矢量网络分析仪测量尾纤所引入的时延t₀；

2)根据光纤的目标延迟量T折换为目标长度其中n为光纤纤芯的有效折射率，约为1.4682；c为光在真空中传播的速度，实际使用299792458m/s进行计算；同时考虑第6)步中光纤切割刀切掉的已知光纤长度所带来的时延x，取一段长度略大于L+x的光纤，将其一端3和电光调制器的尾纤1端口相连，另一端4和光电探测器的尾纤2端口相连，利用矢量网络分析仪测量链路总时延t₁，则接入光纤的时延为t_in1＝t₁-t₀；

3)考虑光纤目标延迟量T以及光纤切割刀切掉的已知光纤长度所带来的时延x，确定对应于矢量网络分析仪上显示读数的参考目标延迟量t＝T+x，然后根据实时观察到的时延计算出当前光纤距目标光纤延迟线的时延差Δt₁＝t_in1-t，同时将其换算为待切割的光纤长度利用光纤切割装置将第2)步中接入的光纤切为两段，则这两段为待熔接光纤，取其中一段从断点处向连接头方向切掉Δs₁的长度；

4)利用一对裸光纤适配器连接已切割的两段待熔接光纤，将此段光纤连接在电光调制器和光电探测器的尾纤之间，利用矢量网络分析仪测量光纤的时延t₂；则接入的切割之后的光纤时延为t_in2＝t₂-t₀；此时接入光纤距目标光纤延迟量的时延差为Δt₂＝t_in2-t，待切割的光纤长度取两段待熔接光纤中的一根，利用切割刀从断点处进行长为Δs₂的切割；

5)实时观察待熔接光纤的延迟量，如果没有达到参考目标延迟量则重复步骤4)再次进行切割，如果恰好达到参考目标延迟量t，进入步骤6)；

6)对满足时延要求的两段待熔接光纤分别用光纤切割刀的夹具固定，光纤端面与切割刀参考刻度(或某个参考位置)对齐，对两段待熔接光纤分别进行长度为s/2的精确切割；

7)在光纤熔接仪上选择合适的熔接模式，对光纤进行熔接，完成高精度光纤延迟线的制作。

如系统的实施过程中，目的制作延迟量为2.084ns的延迟光纤，利用矢量网络分析仪测得固定长度光纤所引入的时延t₀＝16.6712ns，光纤切割刀切掉的光纤长度s＝19mm，换算为时延根据上述步骤，最终测得切割及熔接后接入测试链路的光纤时延为t_fin＝18.7556ns，则t_in-fin＝t_fin-t₀＝2.0844ns，接近目标延迟量，误差为0.4ps；考虑到利用裸纤适配器连接两段待熔接光纤，以及连接待熔接光纤和光电探测器以及电光调制器尾纤时会引入一定的不可避免的误差，所以本方法满足高精度光纤延迟线制作的要求，实用性强。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用矢量网络分析仪进行高精度光纤延迟线的制作，在光纤切割的基础上用矢量网络分析仪取代精密反射仪，能直接测试出光纤的延迟量，精确可达1ps。由于本方案是利用矢量网络分析仪直接进行光纤延迟量的测试，不需要使用参考光纤作为比对，从而避免了参考光纤长度不准确或者更换参考光纤所引入的误差，同时使用矢量网络分析仪测量光纤的时延不受测量距离的限制，可以进行长距离光纤延迟线的制作。采用裸光纤适配器和切割刀配合，根据目标延迟量灵活、快速地进行实时测量与制作。这种光纤延迟线的制作方案步骤简单，便于快捷地完成高精度长距离的光纤延迟线的制作。

Claims (5)

1.一种高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置，包括光纤切割装置和光纤熔接仪，其特征在于，还包括连续激光光源、偏振控制器(PC)、电光调制器(EOM)、光电探测器(PD)和矢量网络分析仪；

沿所述的连续激光光源的输出光方向依次放置所述的偏振控制器(PC)和电光调制器(EOM)；

所述的电光调制器(EOM)的电输入端口、光电探测器(PD)的电输出端口分别与所述的矢量网络分析仪的两个端口连接。

2.根据权利要求1所述的高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置，其特征在于，所述的偏振控制器用于调节电光调制器输入端的光脉冲偏振态，使得电光调制器输出端的光功率达到最大。

3.根据权利要求1所述的高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置，其特征在于，所述的光纤切割装置由裸光纤适配器、FC法兰盘和光纤切割笔构成。

4.根据权利要求1所述的高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置，其特征在于，所述的连续激光光源为C+L波段的两端口波长可调激光光源。

5.一种利用权利要求1所述的高精度长距离光纤延迟线的制作辅助装置的高精度长距离光纤延迟线的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1.将电光调制器的尾纤和光电探测器的尾纤连接，利用矢量网络分析仪测量尾纤长度引入的时延t₀；

步骤2.计算光纤的目标长度，公式如下：

$L=\frac{c\·T}{n}$

式中，T为光纤的目标延迟量，n为光纤纤芯的有效折射率，c为光在真空中传播的速度；

步骤3.将一段长度略大于L+s的光纤接在电光调制器的尾纤和光电探测器的尾纤之间，其中，s为光纤切割刀切掉的参考光纤长度，利用矢量网络分析仪测量该光纤链路总时延t₁，则该接入的光纤的时延为t_in1＝t₁-t₀；

步骤4.考虑光纤的目标延迟量T，以及光纤切割刀切掉的参考光纤长度s所对应的时延x，确定步骤3中光纤的参考目标延迟量t＝T+x，将步骤3中的光纤从中间减为两段，这两段光纤为待熔接光纤；

步骤5.计算待熔接光纤的切割长度，公式如下：

${\mathrm{\Δs}}_1=\frac{c\·{\mathrm{\Δt}}_1}{n},$

式中，Δt₁是当前光纤距参考目标光纤延迟线的时延差Δt₁＝t_in1-t；

步骤6.取待熔接光纤中任一段从其断点处向与尾纤连接的方向切割掉Δs₁长度；

步骤7.利用光纤切割装置的裸光纤适配器将切割后两段光纤的切断端相连，利用矢量网络分析仪测量该当前光纤链路总时延t₂；

步骤8.当t₂＝t，则进入步骤9；否则，另令t₁＝t₂，计算t_in1＝t₁-t₀，并返回步骤5；

步骤9.对两段待熔接光纤分别利用光纤切割刀的夹具固定，光纤端面与切割刀参考刻度或某个参考位置对齐，对两段待熔接光纤分别进行长度为s/2的精确切割；

步骤10.在光纤熔接仪上选择合适的熔接模式，对步骤9精确切割之后的两段待熔接光纤进行熔接，完成高精度光纤延迟线的制作。