CN105547453B - 一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构，其解决了现有时分复用光纤水听器阵列的光路结构不能有效实现湿端全光化，存在相对较高噪声的技术问题，其包括激光器、声光调制器、光电转换器、两个2X2耦合器、两个1X2耦合器和两个光纤水听器，激光器与声光调制器连接，声光调制器的光输出端通过光纤与两个2X2耦合器连接，光电转换器通过光纤与两个1X2耦合器连接，两个光纤水听器分别与两个2X2耦合器连接。本发明广泛用于光纤水听器阵列的复用。

Description

一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构
技术领域
本发明涉及一种水听器阵列的光路结构，尤其是涉及一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构。
背景技术
时分复用技术是最常见的光纤水听器阵列的复用方式之一，现有的时分复用生成相位调制，采用内生成相位调制(PGC内调制)，即直接调制光源频率，虽然在湿端实现光纤干涉，但干涉位置在延迟光纤而不在水听器探头，存在相对高的噪声问题。申请号为201010540799.5的中国发明专利公布了一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构及其调制解调方法，其通过在干端的干涉仪实现了干涉位置由湿端向干端的位置转换，但该方案通过在干端增加干涉仪实现了湿端的全光化，增加的系统的复杂度，使成本较高。
发明内容
本发明就是为了解决现有时分复用光纤水听器阵列的光路结构不能有效实现湿端全光化，存在相对较高噪声的技术问题，提供了一种光在湿端发生干涉且实现湿端全光化，改善了噪声问题的时分复用光纤水听器阵列的光路结构。
本发明提供的时分复用光纤水听器阵列的光路结构，包括激光器、声光调制器、光电转换器、2X2耦合器一、2X2耦合器二、1X2耦合器一、1X2耦合器二、光纤水听器一和光纤水听器二，激光器的输出端通过光纤与声光调制器的光输入端连接，声光调制器的光输出端通过传输光纤与2X2耦合器一的第一输入端连接，2X2耦合器一的第一输出端通过传输光纤延迟线圈与2X2耦合器二的第一输入端连接，2X2耦合器一的第二输出端与光纤水听器一的探头连接，2X2耦合器一的第二输入端与1X2耦合器一的第一输入端连接，2X2耦合器二的第二输出端与光纤水听器二的探头连接，1X2耦合器二的输出端与1X2耦合器一的第二输入端连接，1X2耦合器一的输出端通过传输光纤与光电转换器连接，2X2耦合器二的第二输入端与所述1X2耦合器二的第一输入端连接；
光纤水听器一和光纤水听器二分别连接有光纤水听器信号臂探测光纤；
所述声光调制器的脉冲驱动信号为两个连续的脉冲电信号，一组内两个脉冲电信号具有相同的脉冲周期时间TH；所述光纤水听器信号臂探测光纤的长度为L，探头间传输光纤延迟线圈长度为X，存在如下关系：
L＝TH/10
X＝2*TH/5；
不同组之间脉冲电信号的重复频率为109/2*N*TH，单位为Hz,N为光纤水听器探头个数。
优选地，声光调制器输出光询问脉冲，光询问脉冲的脉冲周期时间与声光调制器和2X2耦合器一之间的传输光纤中光速的乘积不大于光纤水听器两臂的光程差，传输光纤延迟线圈的长度不小于光询问脉冲的脉冲周期时间与声光调制器和2X2耦合器一之间的传输光纤中光速的乘积。
本发明的有益效果是，本发明采用一组两个连续的脉冲电信号作为声光调制器的驱动信号，实现两个连续脉冲光信号的调制，进而由生成的两个连续脉冲光信号通过水听器探头的参考臂和信号臂实现光干涉，该发明在实现了湿端全光化的同时实现了在水听器探头处发生干涉，改善了现有方案的噪声性能，同时具有简洁的架构。
本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
图1是本发明的时分复用光纤水听器阵列的光路结构示意图；
图2脉冲电信号的示意图；
图3为光电转换器检测的光脉冲经时分复用后的干涉电波形信号。
附图符号说明：
S-1、S-2…S-N为光纤水听器一、光纤水听器二…光纤水听器N；3.声光调制器；4.脉冲电信号；5.光电转换器；6.传输光纤；7.传输光纤延迟线圈；8.水听器信号臂探测光纤；9-1.2X2耦合器一；9-2.2X2耦合器二；9-N.2X2耦合器N；10.PGC调制信号；11.激光器；12-1.1X2耦合器一；12-2.1X2耦合器二；12-N.1X2耦合器N。图2中，TW为组间脉冲电信号的重复频率，TH为组内两个脉冲电信号的脉冲周期时间，TL为组内脉冲电信号的脉冲零电平时间。图3中的黑色矩形部分表示光纤水听器探头干涉光。
具体实施方式
以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，声光调制器3的光输入端与激光器11的输出端通过一根光纤连接，声光调制器3的光输出端通过传输光纤6与2X2耦合器一9-1的第一输入端连接，2X2耦合器一9-1的第一输出端通过传输光纤延迟线圈7与2X2耦合器二9-2的第一输入端连接，2X2耦合器一9-1的第二输出端与光纤水听器一S-1的探头连接，2X2耦合器一9-1的第二输入端与1X2耦合器一12-1的第一输入端连接，2X2耦合器二9-2的第二输入端与1X2耦合器二12-2的第一输入端连接，2X2耦合器二9-2的第二输出端与光纤水听器二S-2的探头连接，1X2耦合器二12-2的输出端与1X2耦合器一12-1的第二输入端连接，1X2耦合器一12-1的输出端通过传输光纤6与光电转换器5连接，2X2耦合器二9-2的第二输入端与1X2耦合器二12-2的第一输入端连接。光纤水听器一S-1连接有光纤水听器信号臂探测光纤8，光纤水听器二S-2连接有水听器信号臂探测光纤8。
以此类推，追加下一级光纤水听器S-N时，再增加一个2X2耦合器9-N和一个1X2耦合器12-N，将该2X2耦合器9-N的第二输出端与光纤水听器S-N的探头连接，该2X2耦合器9-N的第一输入端通过传输光纤延迟线圈7与前一级2X2耦合器的第一输出端连接，该2X2耦合器9-N的第二输入端与1X2耦合器12-N的第一输入端连接，1X2耦合器12-N的输出端与前一级1X2耦合器的第二输入端连接。
PGC调制信号10输送到激光器11的输入端。脉冲电信号4输送到声光调制器3的电输入端，脉冲电信号4为连续脉冲驱动信号。
如图2和3所示，激光器11用于在外部的PGC调制信号10的作用下输出调制光源，声光调制器3用于在连续脉冲驱动信号的作用下将激光器11通过光纤发出来的光波调制成两个连续的光询问脉冲，并输入给时分复用光纤水听器阵列进行询问工作。光询问脉冲的脉冲周期时间与声光调制器3和2X2耦合器一9-1之间的传输光纤6中光速的乘积不大于光纤水听器两臂的光程差。传输光纤延迟线圈7的长度不小于光询问脉冲的脉冲周期时间与光纤(声光调制器3和2X2耦合器一9-1之间的传输光纤6)中光速的乘积。
声光调制器3的脉冲驱动信号为两个连续的脉冲电信号，一组内两个脉冲电信号具有相同的脉冲周期时间TH(单位为ns)，并且两个连续脉冲间的零电平理论上可以无限小只要可以区分脉冲即可，本发明脉冲间的零电平时间TL为10ns，小于TH/20。
光纤水听器信号臂探测光纤8长度为L(单位：m)，探头间传输光纤延迟线圈7长度X(单位：m)，存在如下关系：
L＝TH/10
X＝2*TH/5。
经过声光调制器3调制的一组连续两个光脉冲信号在经过两个相邻的光纤水听器一S-1和光纤水听器二S-2探头时，光脉冲经2X2耦合器一9-1分成两束光，其中一路进入当前水听器(光纤水听器一S-1)探头，另外一路经两个水听器探头间的传输光纤延迟线圈7向下一级水听器(光纤水听器二S-2)探头传输，第一个光脉冲在相对时间0时到达当前水听器探头参考臂中的法拉第旋转镜，第一个光脉冲在相对时间TH/2时到达当前水听器探头信号臂中的法拉第旋转镜，第二个光脉冲在相对时间TH时到达当前水听器探头参考臂中的法拉第旋转镜，第二个光脉冲在相对时间3*TH/2时到达当前水听器探头信号臂中的法拉第旋转镜，第一个光脉冲在相对时间2*TH时到达下一级水听器探头参考臂中的法拉第旋转镜，由第一个光脉冲在相对时间TH/2时到达当前水听器探头信号臂中经法拉第旋转镜反射和第二个光脉冲在相对时间TH时到达当前水听器探头参考臂中经法拉第旋转镜反射在相同的绝对时间内在水听器探头处发生干涉。
对于N个光纤水听器探头来讲，存在2*N+1个脉冲，且偶数位M(M∈[2，4，……，2N])的脉冲信号为对应光纤水听器探头为M/2的干涉光脉冲信号。此外，不同组之间脉冲电信号的重复频率为109/2*N*TH，单位为Hz。
举例，当光纤水听器的数量是8个时，即8阵元阵列，传输光纤延迟线圈7的光纤长度为100m，水听器信号臂探测光纤8的光纤长度为50mm。脉冲电信号4由一组两个连续的脉冲电信号构成，其脉冲周期为500ns，脉冲平顶时间为490ns，脉冲零电平时间为10ns，一组两个脉冲的总周期为1000ns；不同组之间脉冲电信号的重复频率为125kHz，即：周期8us。
以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种时分复用光纤水听器阵列的光路结构，其特征在于，包括激光器、声光调制器、光电转换器、2X2耦合器一、2X2耦合器二、1X2耦合器一、1X2耦合器二、光纤水听器一和光纤水听器二，所述激光器的输出端通过光纤与所述声光调制器的光输入端连接，所述声光调制器的光输出端通过传输光纤与所述2X2耦合器一的第一输入端连接，所述2X2耦合器一的第一输出端通过传输光纤延迟线圈与所述2X2耦合器二的第一输入端连接，所述2X2耦合器一的第二输出端与所述光纤水听器一的探头连接，所述2X2耦合器一的第二输入端与所述1X2耦合器一的第一输入端连接，所述2X2耦合器二的第二输出端与所述光纤水听器二的探头连接，所述1X2耦合器二的输出端与所述1X2耦合器一的第二输入端连接，所述1X2耦合器一的输出端通过传输光纤与所述光电转换器连接，所述2X2耦合器二的第二输入端与所述1X2耦合器二的第一输入端连接；
所述光纤水听器一和光纤水听器二分别连接有光纤水听器信号臂探测光纤；
所述声光调制器的脉冲驱动信号为两个连续的脉冲电信号，一组内两个脉冲电信号具有相同的脉冲周期时间TH；所述光纤水听器信号臂探测光纤的长度为L，探头间传输光纤延迟线圈长度为X，存在如下关系：
L＝TH/10
X＝2*TH/5；
不同组之间脉冲电信号的重复频率为109/2*N*TH，单位为Hz,N为光纤水听器探头个数。
2.根据权利要求1所述的时分复用光纤水听器阵列的光路结构，其特征在于，所述声光调制器输出光询问脉冲，所述光询问脉冲的脉冲周期时间与所述声光调制器和2X2耦合器一之间的传输光纤中光速的乘积不大于光纤水听器两臂的光程差，所述传输光纤延迟线圈的长度不小于光询问脉冲的脉冲周期时间与所述声光调制器和2X2耦合器一之间的传输光纤中光速的乘积。
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