CN107101657A - 一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应限制器的编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应限制器的编码器，包括，光抽样器，用于线性抽样得到离散的输入信号光；Sagnac光纤环，接收输入信号光；多端口光耦合器，将低功率的信号光流出交叉臂端口，将高功率的信号光通进入直通臂端口；双光子吸收效应的光限制器，对直通臂端口输出信号的光功率进行限制，输出固定值；判决器，对固定值进行编码，输出数字信号。本发明具有输入信号光功率低、系统结构简单、操作性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应限制器的编码器。
背景技术
编码器，是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。
编码器中常用的为光电编码器和静磁栅绝对编码器，最常用的为光电编码器，具有体积小，精密，本身分辨度可以很高，无接触无磨损等优点，同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移；多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移(如25位多圈)；但也存在以下缺点：精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。静磁栅绝对编码器又称直线绝对，它是静磁栅位移传感器与绝对编码器二技术结合的新型静磁栅绝对编码器-位移传感器。它使用无源钕铁硼磁钢作为探测头的静磁栅绝对编码器其原理简单，构想奇特，使用不多的开关型霍尔传感元件，直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号，具有体积适中，直接测量直线位移，绝对数字编码，理论量程没有限制；无接触无磨损等优点，但也存在分辨度1mm不高；测量直线和角度要使用不同品种，不适于在精小处实施位移检测等缺点。
编码器工作过程中，在单位时间内，对输入信号进行采样的速度的快慢，有效输入带宽(ERBW，effective resolution bandwidth)的大小，都影响了编码器的传输转换的效果。而传统的编码器，采样速率和有效输入带宽低。科学家的梦想之一就是实现全光通信、全光网络和全光计算机，想要实现这个梦想，其中最基本也是最重要的就是研究出实用化的全光开关，Sagnac光纤环能利用光纤中的非线性相移而应用于光开关。随着光电子技术和集成技术的高速发展，全光ADC(模数转换器)技术会受到越来越多人的关注和研究，对全光ADC技术的深入研究具有很高的研究价值和现实意义。全光编码器是一种利用光采样的编码器，可以增加编码器系统的整体采样率和有效输入带宽。目前全光编码器的实现方式主要有：(1)泰勒全光模数转换方案，此方案基于相位编码光采样；(2)基于空间光干涉的移相光量化ADC；(3)基于偏振干涉的移相光量化ADC；(4)基于偏振干涉的移相光量化ADC。本编码器易与光纤集成，能应用于高速通信。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述传统的编码器存在的采样速率和有效输入带宽低问题，提供一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，包括，
光抽样器，用于线性抽样得到离散的输入信号光；
Sagnac光纤环，接收输入信号光；
多端口光耦合器，将低功率的信号光流出交叉臂端口，将高功率的信号光通进入直通臂端口；双光子吸收效应的光限制器，对直通臂端口输出信号的光功率进行限制，输出固定值；判决器，对固定值进行编码，输出数字信号。
进一步，还包括信号光源，用于产生信号光。
进一步，还包括光环形器，所述光抽样器与Sagnac光纤环通过光环形器实现连接。
进一步，所述光环形器包括一个以上的第一光环形器，所述Sagnac光纤环包括一个以上的第一光纤环，所述多端口光耦合器包括第一多端口光耦合器，所述双光子吸收效应的光限制器包括第一光限制器，所述判决器包括第一判决器，所述第一光纤环、第一多端口光耦合器、第一光限制器、第一判决器依次连接；所述光抽样器、第一光纤环之间或者任意两个第一光纤环之间通过第一光环形器连接。
更进一步，所述光环形器包括一个以上的第二光环形器，所述Sagnac光纤环包括第二光纤环，所述多端口光耦合器包括第二光耦合器，所述双光子吸收效应的光限制器包括第二光限制器，所述判决器包括第二判决器，所述第二光纤环、第二多端口光耦合器、第二光限制器、第二判决器依次连接；所述第二光环形器分别与第二光纤环、位于光抽样器与第一光纤环之间的第一光环形器连接。
更进一步，所述第二光纤环为至少两个，任意两个第二光纤环之间通过第二光环形器连接，所述任意两个第二光纤环之间的第二光环形器与第一光环形器无连接。
更进一步，所述光环形器包括第三光环形器，所述Sagnac光纤环包括第三光纤环，所述多端口光耦合器包括第三光耦合器，所述双光子吸收效应的光限制器包括第三光限制器，所述判决器包括第三判决器，所述第三光纤环、第三多端口光耦合器、第三光限制器、第三判决器依次连接；所述第三光环形器与第二光环形器连接。
更进一步，所述多端口光耦合器包括第四光耦合器，所述双光子吸收效应的光限制器包括第四光限制器，所述判决器包括第四判决器，所述第三光环形器与第四光耦合器、第四光限制器、第四判决器依次连接。
更进一步，还包括延时器，用于对判决器的输出数字信号的时间进行限制，所述判决器为
第一判决器和/或第二判决器和/或第三判决器和/或第四判决器。
进一步，Sagnac光纤环中的非线性光纤为高非线性的PCF结构光纤，其非线性系数γ为：3.2/W·m,光纤环长度L为：100m。
进一步，双光子吸收效应的光限制器的双光子吸收系数为7cm/GW。
进一步，信号光源的波长为1550nm。
本发明的有益效果为：本发明利用改变Sagnac光纤环的透射率使每级的Sagnac环输出的信号光功率各不相同，再利用光耦合器和双光子吸收效应的光限制器对输出信号的光功率进行限制，使输出信号光功率仅有两种取值，再利用判决器对取值进行判决，输出数字编码。延时器的作用是为了每级的输出同时到达接收端。本发明的编码器具有输入信号光功率低、系统结构简单、操作性强等优点。
附图说明
图1为基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
实施例1
如图1所示，一种基于Sagnac(Sagnac即萨格纳克效应)光纤环和双光子吸收效应的编码器，包括依次连接的光抽样器2、Sagnac光纤环、多端口光耦合器5-1、双光子吸收效应的光限制器6-1和判决器7-1；其中，光抽样器，用于线性抽样得到离散的输入信号光；Sagnac光纤环，用于接收输入信号光；多端口光耦合器，将低功率的信号光流出交叉臂端口，将高功率的信号光通进入直通臂端口；双光子吸收效应的光限制器，对直通臂端口输出信号的光功率进行限制，输出固定值；判决器，用于对固定值进行编码，输出数字信号。
上述方案中的Sagnac光纤环、多端口光耦合器5-1、双光子吸收效应的光限制器6-1、判决器7-1这一通道可以设置若干个，每个通道的信号输入端都与光抽样器2连接，输出到多个接收端。
信号光源1产生的信号光被光抽样器线性抽样。Sagnac光纤环可以采用光子晶体光纤。
Sagnac光纤环可以设置为两个以上串联，图中所示为三个第一光纤环4-1、4-2、4-3串联。
光抽样器2与Sagnac光纤环之间或者任意两个Sagnac光纤环之间都可以通过光环形器连接。结合图中就是光抽样器2与第一光纤环4-1之间、第一光纤环4-1与第一光纤环4-2之间、第一光纤环4-2与第一光纤环4-3之间分别通过第一光环形器3-1、第一光环形器3-2、第一光环形器3-3实现连接。
在判决器输出端可以连接延时器Delayer 8-1，用于对判决器输出的信号进行时间上的控制。
Sagnac光纤环中的非线性光纤为高非线性的PCF结构光纤，其非线性系数γ为：3.2/W·m,光纤环长度L为：100m。双光子吸收效应的光限制器的双光子吸收系数为7cm/GW。信号光源的波长为1550nm。
实施例2
一种基于Sagnac(Sagnac即萨格纳克效应)光纤环和双光子吸收效应的编码器，包括依次连接的光抽样器2、第一Sagnac光纤环(4-1、4-2、4-3依次串连接)、第一多端口光耦合器5-1，第一双光子吸收效应的光限制器6-1、第一判决器7-1，依次连接的第二Sagnac光纤环(4-4、4-5串连接)、第二多端口光耦合器5-2，第二双光子吸收效应的光限制器6-2、第二判决器7-2；光抽样器2与第一光纤环4-1之间、三个第一光纤环4-1、4-2、4-3任意两者之间分别通过第一光环形器3-1、第一光环形器3-2、第一光环形器3-3实现连接；第二光纤环4-4与第一光环形器3-1之间、第二光纤环4-4与第二光纤环4-5之间分别通过第二光环形器3-4、第二光环形器3-5实现连接，第二第二光环形器3-4与第一光环形器3-1、第一光环形器3-2、第一光环形器3-3都连接。
信号光源1产生的信号光被光抽样器2线性抽样。
在第一判决器7-1、第二判决器8-2的输出端可以连接延时器Delayer 8-1、延时器Delayer 8-2，使得两者的输出的数字信号同时到达接收端。
Sagnac光纤环中的非线性光纤为高非线性的PCF结构光纤，其非线性系数γ为：3.2/W·m,光纤环长度L为：100m。双光子吸收效应的光限制器的双光子吸收系数为7cm/GW。信号光源的波长为1550nm。
实施例3
与实施例2不同的是，本实施例中的编码器还包括依次串联接的第三光环形器3-6、第三Sagnac光纤环4-6、第三多端口光耦合器5-3，第三双光子吸收效应的光限制器6-3、第三判决器7-3，第三光环形器3-6与第二光环形器3-4、第二光环形器3-5都连接。
在第三判决器7-3的输出端设置延时器Delayer 8-3，使得与延时器Delayer 8-1、延时器Delayer 8-2所在两线路的输出信号能同时到达接收端。
实施例4
如图1所示，与实施例3不同的是，本实施例中的编码器还包括依次串联接的第四多端口光耦合器5-4，第三双光子吸收效应的光限制器6-4、第三判决器7-4，第四多端口光耦合器5-4的的输入端与第三光环形器3-6连接。
在第四判决器7-4的输出端设置延时器Delayer 8-4，使得其输出与延时器Delayer 8-1、延时器Delayer 8-2、延时器Delayer 8-3所在三条线路的输出信号能同时到达接收端。
本实施例的实现原理为：基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器。包括信号光源1，光抽样器，光环形器，Sagnac光纤环，光耦合器，双光子吸收效应的光限制器，判决器，延时器等。信号光源1进入光抽样器2进行线性抽样得到离散的输入信号光，已采样的离散信号光通过第一光环形器3-1的a1和a2端口输入到第一Sagnac光纤环4-1中，第一Sagnac光纤环4-1的反射信号光通过第一光环形器3-1的a2和a3端口，透射信号光输入到第一光环形器3-2的b1端口再通过b2端口输入到第一Sagnac光纤环4-2中，第一Sagnac光纤环4-2的反射信号光通过第一光环形器3-2的b2和b3端口，透射信号光输入到第一光环形器3-3的c1端口再通过c2端口输入到第一Sagnac光纤环4-3中,第一Sagnac光纤环4-3的反射信号光通过第一光环形器3-3的c2和c3端口，透射信号光进入到第一光耦合器5-1的直通臂h1端口，经过耦合后通过h2端口输出，输出信号光接入第一双光子吸收效应的光限制器6-1，输出后进入第一判决器7-1进行编码，编码后的输出接入第一延时器8-1作为第四级输出；第一Sagnac光纤环4-1、第一Sagnac光纤环4-2和第一Sagnac光纤环4-3的反射信号光分别通过第一多端口光耦合器3-1的a3端口、第一光耦合器3-2的b3端口和第一光耦合器3-3的c3端口进行耦合后通过第二光环形器3-4的d1和d2端口作为第二Sagnac光纤环4-4的输入信号光；第二Sagnac光纤环4-4的反射信号光通过第二光环形器3-4的d2和d3端口，透射信号光输入到第二光环形器3-5的e1端口再通过e2端口输入到第二Sagnac光纤环4-5中，第二Sagnac光纤环4-5的反射信号光通过第二光环形器3-5的e2和e3端口，透射信号光进入到第二光耦合器5-2的直通臂i1端口，经过耦合后通过i2端口输出，输出信号光接入第二双光子吸收效应的光限制器6-2，第二双光子吸收效应的光限制器6-2的输出后进入第二判决器7-2进行编码，编码后的输出接入第二延时器8-2作为第三级输出；第二Sagnac光纤环4-4、和第二Sagnac光纤环4-5的反射信号光分别通过第二光环形器3-4的d3端口和第二光环形器3-5的e3端口进行耦合后通过第三光环形器3-6的f1和f2端口作为第三Sagnac光纤环4-6的输入信号光；第三Sagnac光纤环4-6的透射信号光进入到光耦合器5-3的直通臂j1端口，经过耦合后通过j2端口输出，输出信号光接入第三双光子吸收效应的光限制器6-3，第三双光子吸收效应的光限制器6-3的输出后进入判决器(7-3)进行编码，编码后的输出接入延时器8-3作为第二级输出；第三Sagnac光纤环4-6的反射信号光通过第三光环形器3-6的f3端口直接输出到第四光耦合器5-4的直通臂k1端口，经过耦合后通过k2端口输出，输出信号光接入第四双光子吸收效应的光限制器6-4，第四双光子吸收效应的光限制器6-4的输出后进入第四判决器7-4进行编码，编码后的输出接入第四延时器8-4作为第一级输出。
其中，Sagnac光纤环(4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6)的透射率和输入信号光功率以及耦合器的功分比以及非线性光纤的长度有关，每级的输出信号光各不相同；光耦合器(5-1、5-2、5-3、5-4)的作用是将低功率的信号光通过交叉臂端口流出，高功率的信号光通过直通臂进入到光限制器中；双光子吸收效应的光限制器(6-1、6-2、6-3、6-4)对信号光进行限制，使输出为固定值。延时器(8-1、8-2、8-3、8-4)的作用是使每第一的输出同时到达接收端。通过适当调节Sagnac光纤环的耦合器功分比、非线性光纤的长度、以及光限制器的参数，就能将模拟信号转换成数字信号。
本发明构造了基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其利用信号光源，光抽样器，光环形器，Sagnac光纤环，光耦合器，双光子吸收效应的光限制器，判决器，延时器等使得模拟信号转换为数字信号得以实现。利用改变Sagnac光纤环的透射率使每级的Sagnac环输出的信号光功率各不相同，再利用具有耦合比为0.46的光耦合器和双光子吸收效应的光限制器对输出信号的光功率进行限制，使输出信号光功率仅有两种取值：0和P，再利用判决器对取值进行判决，输出数字编码。
表1为利用图1所示的编码器编码的码表，本表对7种不同的光功率值实现了二进制编码。
以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，包括，
光抽样器，用于线性抽样得到离散的输入信号光；
Sagnac光纤环，接收输入信号光；
多端口光耦合器，将低功率的信号光流出交叉臂端口，将高功率的信号光通进入直通臂端口；
双光子吸收效应的光限制器，对直通臂端口输出信号的光功率进行限制，输出固定值；
判决器，对固定值进行编码，输出数字信号。
2.根据权利要求1所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，还包括信号光源，用于产生信号光。
3.根据权利要求1所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，还包括光环形器，所述光抽样器与Sagnac光纤环通过光环形器实现连接。
4.根据权利要求4所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，
所述光环形器包括一个以上的第一光环形器，
所述Sagnac光纤环包括一个以上的第一光纤环，
所述多端口光耦合器包括第一多端口光耦合器，
所述双光子吸收效应的光限制器包括第一光限制器，
所述判决器包括第一判决器，
所述第一光纤环、第一多端口光耦合器、第一光限制器、第一判决器依次连接；
所述光抽样器、第一光纤环之间或者任意两个第一光纤环之间通过第一光环形器连接。
5.根据权利要求5所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，
所述光环形器包括一个以上的第二光环形器，
所述Sagnac光纤环包括第二光纤环，
所述多端口光耦合器包括第二光耦合器，
所述双光子吸收效应的光限制器包括第二光限制器，
所述判决器包括第二判决器，
所述第二光纤环、第二多端口光耦合器、第二光限制器、第二判决器依次连接；
所述第二光环形器分别与第二光纤环、位于光抽样器与第一光纤环之间的第一光环形器连接。
6.根据权利要求6所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，所述第二光纤环为至少两个，任意两个第二光纤环之间通过第二光环形器连接，所述任意两个第二光纤环之间的第二光环形器与第一光环形器无连接。
7.根据权利要求6所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，
所述光环形器包括第三光环形器，
所述Sagnac光纤环包括第三光纤环，
所述多端口光耦合器包括第三光耦合器，
所述双光子吸收效应的光限制器包括第三光限制器，
所述判决器包括第三判决器，
所述第三光纤环、第三多端口光耦合器、第三光限制器、第三判决器依次连接；
所述第三光环形器与第二光环形器连接。
8.根据权利要求7所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，
所述多端口光耦合器包括第四光耦合器，
所述双光子吸收效应的光限制器包括第四光限制器，
所述判决器包括第四判决器，
所述第三光环形器与第四光耦合器、第四光限制器、第四判决器依次连接。
9.根据权利要求1所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，还包括延时器，用于对判决器的输出数字信号的时间进行限制，所述判决器为第一判决器和/或第二判决器和/或第三判决器和/或第四判决器。
10.根据权利要求1所述的基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应的编码器，其特征在于，所述的编码器的Sagnac环中的非线性光纤为高非线性的PCF结构光纤，PCF结构光纤的非线性系数为3.2/W·m,光纤环长度L为：100m。
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| CN201710160570.0A CN107101657B (zh) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 一种基于Sagnac光纤环和双光子吸收效应限制器的编码器 |
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-
2017
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Patent Citations (4)
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| KUN XU ET AL.: "All-optical analog-to-digital conversion scheme based on Sagnac loop and balanced receivers", 《APPLIED OPTICS》 * |
| LUKASZ BRZOZOWSKI ET AL.: "All-optical analog-to-digital converters, hardlimiters, and logic gates", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 * |
Also Published As
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