CN106646755B - 基于光纤反射镜和lcfbg的波分复用光延时调谐装置及应用 - Google Patents

基于光纤反射镜和lcfbg的波分复用光延时调谐装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置及应用，首先，搭建基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时实时调谐装置：将光环形器的2端口接波分复用器的输入端，波分复用器的一路输出端接光纤反射镜，其余N‑1路输出端接N‑1个不同参数的线性啁啾光纤光栅；其次，将该光延时调谐结构接入N路波分复用光传输通道进行信号传输。本发明只需要一个光环形器就可以实现N路离散延迟信号输出，并在此基础上对某一路或者某几路信号的延迟量进行实时调谐，结构简单，调谐精度高，调谐范围大，制作难度小，成本低。

Description

基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置及应用
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置及应用。
背景技术
光纤作为一种光信息传输的重要媒介，在光纤通信和光纤传感领域已经得到广泛研究。当光信号在光纤中传输时，光纤距离越长，光信号传输所消耗的时间越长。因此，光纤可以用来制作延迟器件。随着人们对光纤的深入研究和了解，人们从最早仅仅使用简单光纤结构，逐步开始使用多种复杂的独立光纤器件，例如波分复用器、光纤反射镜、光纤光栅、光环行器等。如今光纤延迟线已经得到长足的发展，并广泛应用于光纤通信系统、光纤传感和测量系统，在民用和军事上发挥着重要的作用。
2014年，上海技术研究院李曙光等人在《光控相控阵雷达光延时技术研究》中公开一种基于光纤反射镜和波分复用器的光延时装置。波分复用器的波分端口分别接不同臂长的光纤反射镜，不同波长的激光进入波分复用器后实现离散的光延时输出。该方案需要多组不同的基于光纤反射镜和波分复用器的光延时装置配合光开关的切换，实现光延时的离散调谐，体积庞大，结构复杂，而且不能连续调谐。
啁啾光纤光栅作为一种频谱选择器件，制作简单，体积小，重量轻，性能稳定可靠，不同波长的光在啁啾光纤光栅中传输时会在不同位置获得不同的延迟值。通过波分复用器、光纤反射镜、光纤光栅、光环行器等延迟器件的组合使用，可以达到对不同信号通道的光延时实时调谐的目的，从而获得所需的延迟特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤反射镜和LCFBG（线性啁啾光纤光栅）的波分复用光延时调谐装置及应用，仅需要一个光环行器，就可以实现N路不同延迟信号的输出，同时可以对其中的某一路或者某几路信号的延迟量进行实时的调谐。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，包括波分复用器、光纤反射镜、光环形器和若干个线性啁啾光纤光栅。
将光环形器的2端口接波分复用器的输入端口，波分复用器的一路输出端接光纤反射镜，其余N-1路输出端分别接不同参数的线性啁啾光纤光栅，N≥2。
基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统，所述基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统包括基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置、固定波长激光器、第一波分复用器、信号发生器、电光调制器、第二波分复用器、示波器、若干个可调谐波长激光器和若干个光电探测器。
将固定波长激光器和若干个可调谐波长激光器分别接入第一波分复用器的N个输入端，第一波分复用器的输出端接电光调制器的输入端，电光调制器的输出端接基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的光环形器的1端口；光环形器的3端口接第二波分复用器的输入端，第二波分复用器的N个输出端分别接若干个光电探测器的输入端，光电探测器的输出端均分别接入示波器，N≥2。
基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，方法步骤如下：
步骤1、打开固定波长激光器和若干个可调谐波长激光器，信号发生器输入电信号，经电光调制器调制后变为光信号，并自光环形器的3端口进入基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，转入步骤2。
步骤2、在基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置中，一路固定波长激光器对应产生的光信号经光纤反射镜反射，其余各路可调谐波长激光器产生的光信号经各自对应的线性啁啾光纤光栅反射，返回光环形器，各路反射光信号之间存在光程差，转入步骤3。
步骤3、上述各路反射光信号经第二波分复用器分别对应通过光电探测器，最后显示在示波器上，记录此时若干个可调谐激光器反射光信号相对于固定波长激光器反射光信号的延迟差，转入步骤4。
步骤4、调谐可调谐激光器的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器反射光信号相对于固定波长激光器反射光信号的延迟差，转入步骤5；
步骤5、重复步骤4，向长波或短波方向调谐可调谐激光器的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器反射光信号相对于固定波长激光器反射光信号的延迟差，直至超出线性啁啾光纤光栅的反射谱范围，转入步骤6。
步骤6、绘制不同组合波长下，若干个可调谐激光器反射光信号相对于固定波长激光器反射光信号的延迟差，研究阵元信号位置固定时，不同波长组合下的波束指向角关系。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）只需要一个光环形器就可以实现N路离散延迟信号输出，并在此基础上对某一路或者某几路信号的延迟量进行实时调谐。
（2）结构简单，调谐精度高，调谐范围大。
（3）对啁啾光纤光栅的长度没有要求，制作难度小，成本低。
附图说明
图1为本发明基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的结构示意图。
图2为本发明基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的结构示意图。
图3为本发明实施例1中初始波长下两路信号的相对延迟量示意图。
图4为本发明实施例1中可调谐波长激光器调至某一波长时两路信号的相对延迟量示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1~图2，一种基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，其特征在于：包括波分复用器1、光纤反射镜2、光环形器4和若干个线性啁啾光纤光栅3。
将光环形器4的2端口接波分复用器1的输入端口，波分复用器1的一路输出端接光纤反射镜2，其余N-1路输出端分别接不同参数的线性啁啾光纤光栅3，N≥2。
一种应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统，包括基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置、固定波长激光器6、第一波分复用器1-1、信号发生器7、电光调制器10、第二波分复用器1-2、示波器9、若干个可调谐波长激光器5和若干个光电探测器8；
将固定波长激光器6和若干个可调谐波长激光器5分别接入第一波分复用器1-1的N个输入端，第一波分复用器1-1的输出端接电光调制器10的输入端，电光调制器10的输出端接基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的光环形器4的1端口；光环形器4的3端口接第二波分复用器1-2的输入端，第二波分复用器1-2的N个输出端分别接若干个光电探测器8的输入端，光电探测器8的输出端均分别接入示波器9，N≥2。
应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，方法步骤如下：
步骤1、打开固定波长激光器6和若干个可调谐波长激光器5，信号发生器7输入电信号，经电光调制器10调制后变为光信号，并自光环形器4的3端口进入基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，转入步骤2；
步骤2、在基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置中，一路固定波长激光器6对应产生的光信号经光纤反射镜2反射，其余各路可调谐波长激光器5产生的光信号经各自对应的线性啁啾光纤光栅3反射，返回光环形器4，各路反射光信号之间存在光程差，转入步骤3；
步骤3、上述各路反射光信号经第二波分复用器1-2分别对应通过光电探测器8，最后显示在示波器9上，记录此时若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，转入步骤4；
步骤4、调谐可调谐激光器5的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，转入步骤5；
步骤5、重复步骤4，向长波或短波方向调谐可调谐激光器5的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，直至超出线性啁啾光纤光栅3的反射谱范围，转入步骤6；
步骤6、绘制不同组合波长下，若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，研究阵元信号位置固定时，不同波长组合下的波束指向角关系。
所述波分复用器1的N路输出端中，第一路接光纤反射镜2，其余N-1路接线性啁啾光纤光栅3，每路输出端的通光波长范围不交叠，各路中线性啁啾光纤光栅3的中心反射波长、啁啾系数、谱宽范围均不相同，且都在各自输出端的通光波长范围内，线性啁啾光纤光栅3的光栅长度相同，范围为10~30mm。
所述波分复用器1的N路输出端的长度构成等差数列，长度范围为200mm~1000mm；其中，光纤反射镜2所在的输出端长度为波分复用器1分光位置到光纤反射镜2反射面的长度；其余N-1路输出端长度为波分复用器1分光位置到线性啁啾光纤光栅3的半栅长位置。
所述固定波长激光器6接光纤反射镜2所在的光通道中，即保证固定波长激光器6的输出波长在光纤反射镜2所在的通光波长范围内；若干个可调谐波长激光器5的中心波长等于各自通道内线性啁啾光纤光栅3的中心反射波长。
第一波分复用器1-1和第二波分复用器1-2的N路波分通道的长度完全相等；若干个光电探测器8的内部光纤长度也完全相等。
所述信号发生器7的信号频率位于电光调制器10的调制频率范围内，位于光电探测器8的探测频率范围内，且位于示波器9的工作频率范围内。
实施例1
实验测试了一款固定波长的激光器6，输出波长为1542.9nm；一款可调谐波长激光器5，中心波长为1550.9nm，调谐范围为；波分复用器1、第一波分复用器1-1、第二波分复用器1-2均采用波分复用器，两路波分通道的波长范围分别为：、；基于光纤反射镜2和线性啁啾光纤光栅3的波分复用光延时实时调谐装置中的波分复用器1的两个波分端口距离光纤反射镜2的反射端与线性啁啾光纤光栅3的物理中心位置分别为：500mm、505mm；线性啁啾光纤光栅3的中心反射波长为1550.9nm，啁啾系数为2nm/cm，光栅长度为20mm；两个光电探测器8的内部光纤长度均为40mm；信号发生器7的输出频率为3GHz，电光调制器10的工作频率不大于12GHz，光电探测器8的探测频率不大于12GHz，示波器9的工作频率为0~4GHz。
基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统，包括基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置、固定波长激光器6、第一波分复用器1-1、信号发生器7、电光调制器10、第二波分复用器1-2、示波器9、若干个可调谐波长激光器5和若干个光电探测器8；所述基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置包括波分复用器1、光纤反射镜2、光环形器4和若干个线性啁啾光纤光栅3，将光环形器4的2端口接波分复用器1的输入端口，波分复用器1的一路输出端接光纤反射镜2，其余N-1路输出端分别接不同参数的线性啁啾光纤光栅3。将固定波长激光器6和若干个可调谐波长激光器5分别接入第一波分复用器1-1的N个输入端，第一波分复用器1-1的输出端接电光调制器10的输入端，电光调制器10的输出端接基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的光环形器4的1端口；光环形器4的3端口接第二波分复用器1-2的输入端，第二波分复用器1-2的N个输出端分别接若干个光电探测器8的输入端，光电探测器8的输出端均分别接入示波器9，N≥2。
应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，方法步骤如下：
步骤1、打开固定波长激光器6和若干个可调谐波长激光器5，信号发生器7输入电信号，经电光调制器10调制后变为光信号，并自光环形器4的3端口进入基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，转入步骤2；
步骤2、在基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置中，一路固定波长激光器6对应产生的光信号经光纤反射镜2反射，其余各路可调谐波长激光器5产生的光信号经各自对应的线性啁啾光纤光栅3反射，返回光环形器4，各路反射光信号之间存在光程差，转入步骤3；
步骤3、上述各路反射光信号经第二波分复用器1-2分别对应通过光电探测器8，最后显示在示波器9上，记录此时若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，转入步骤4；
步骤4、调谐可调谐激光器5的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，转入步骤5；
步骤5、重复步骤4，向长波或短波方向调谐可调谐激光器5的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，直至超出线性啁啾光纤光栅3的反射谱范围，转入步骤6；
步骤6、绘制不同组合波长下，若干个可调谐激光器5反射光信号相对于固定波长激光器6反射光信号的延迟差，研究阵元信号位置固定时，不同波长组合下的波束指向角关系。
结合图1~图4，本实施案例使用一个光环形器4实现两路离散延迟信号输出，并在此基础上通过改变可调谐波长激光器5的输出波长对第二路信号的延迟量进行实时调谐，从而获得所需的延迟特性。本发明只需要一个光环形器就可以实现N路离散延迟信号输出，并在此基础上对某一路或者某几路信号的延迟量进行实时调谐，结构简单，调谐精度高，调谐范围大，制作难度小，成本低。

Claims (8)

1.一种基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，其特征在于：包括波分复用器（1）、光纤反射镜（2）、光环形器（4）和若干个线性啁啾光纤光栅（3）；
将光环形器（4）的2端口接波分复用器（1）的输入端口，波分复用器（1）的一路输出端接光纤反射镜（2），其余N-1路输出端分别接不同参数的线性啁啾光纤光栅（3），N≥2。
2.应用如权利要求1所述的基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统，其特征在于：
所述基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统包括基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置、固定波长激光器（6）、第一波分复用器（1-1）、信号发生器（7）、电光调制器（10）、第二波分复用器（1-2）、示波器（9）、若干个可调谐波长激光器（5）和若干个光电探测器（8）；
将固定波长激光器（6）和若干个可调谐波长激光器（5）分别接入第一波分复用器（1-1）的N个输入端，第一波分复用器（1-1）的输出端接电光调制器（10）的输入端，电光调制器（10）的输出端接基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的光环形器（4）的1端口；光环形器（4）的3端口接第二波分复用器（1-2）的输入端，第二波分复用器（1-2）的N个输出端分别接若干个光电探测器（8）的输入端，光电探测器（8）的输出端均分别接入示波器（9），N≥2。
3.一种基于权利要求2所述的应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，其特征在于，方法步骤如下：
步骤1、打开固定波长激光器（6）和若干个可调谐波长激光器（5），信号发生器（7）输入电信号，经电光调制器（10）调制后变为光信号，并自光环形器（4）的1端口进入基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置，转入步骤2；
步骤2、在基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置中，一路固定波长激光器（6）对应产生的光信号经光纤反射镜（2）反射，其余各路可调谐波长激光器（5）产生的光信号经各自对应的线性啁啾光纤光栅（3）反射，返回光环形器（4），各路反射光信号之间存在光程差，转入步骤3；
步骤3、上述各路反射光信号经第二波分复用器（1-2）分别对应通过光电探测器（8），最后显示在示波器（9）上，记录此时若干个可调谐激光器（5）反射光信号相对于固定波长激光器（6）反射光信号的延迟差，转入步骤4；
步骤4、调谐可调谐激光器（5）的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器（5）反射光信号相对于固定波长激光器（6）反射光信号的延迟差，转入步骤5；
步骤5、重复步骤4，向长波或短波方向调谐可调谐激光器（5）的输出波长，记录此时若干个可调谐激光器（5）反射光信号相对于固定波长激光器（6）反射光信号的延迟差，直至超出线性啁啾光纤光栅（3）的反射谱范围，转入步骤6；
步骤6、绘制不同组合波长下，若干个可调谐激光器（5）反射光信号相对于固定波长激光器（6）反射光信号的延迟差，研究阵元信号位置固定时，不同波长组合下的波束指向角关系。
4.根据权利要求3应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，其特征在于：所述波分复用器（1）的N路输出端中，第一路接光纤反射镜（2），其余N-1路接线性啁啾光纤光栅（3），每路输出端的通光波长范围不交叠，各路中线性啁啾光纤光栅（3）的中心反射波长、啁啾系数、谱宽范围均不相同，且都在各自输出端的通光波长范围内，线性啁啾光纤光栅（3）的光栅长度相同，范围为10~30mm。
5.根据权利要求3应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，其特征在于：所述波分复用器（1）的N路输出端的长度构成等差数列，长度范围为200mm~1000mm；其中，光纤反射镜（2）所在的输出端长度为波分复用器（1）分光位置到光纤反射镜（2）反射面的长度；其余N-1路输出端长度为波分复用器（1）分光位置到线性啁啾光纤光栅（3）的半栅长位置。
6.根据权利要求3应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，其特征在于：所述固定波长激光器（6）接光纤反射镜（2）所在的光通道中，即保证固定波长激光器（6）的输出波长在光纤反射镜（2）所在的通光波长范围内；若干个可调谐波长激光器（5）的中心波长等于各自通道内线性啁啾光纤光栅（3）的中心反射波长。
7.根据权利要求3应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，其特征在于：第一波分复用器（1-1）和第二波分复用器（1-2）的N路波分通道的长度完全相等；若干个光电探测器（8）的内部光纤长度也完全相等。
8.根据权利要求3应用基于光纤反射镜和LCFBG的波分复用光延时调谐装置的测试系统的测试方法，其特征在于：所述信号发生器（7）的信号频率位于电光调制器（10）的调制频率范围内，位于光电探测器（8）的探测频率范围内，且位于示波器（9）的工作频率范围内。
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