CN108803092A - 一种移频频率可调的声光移频系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种移频频率可调的声光移频系统及方法，该系统包括：光开关、声光移频器、光放大器和光纤，若检测到同步触发信号，光开关的第一输入端与光开关的第一输出端连通，输入信号通过光开关的第一输入端进入光纤，光开关的第二输入端与光开关的第一输出端连通，以使得输入信号若干次经过声光移频器和光放大器；若检测到出射触发信号，光开关的第二输入端与光开关的第二输出端连通，以使得输出信号从光开关的第二输出端射出。本发明利用光开关控制光路方向，使得输入信号多次循环通过声光频移器，并且输入信号通过声光频移器的次数可以控制，从而可以控制输入信号的频移量。

Description

一种移频频率可调的声光移频系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及激光技术领域，尤其涉及一种移频频率可调的声光移频系统及方法。
背景技术
声光移频器的主要作用是将激光的工作频率在原有基础上进行移动，具有移频精度高，稳定性强，使用方便等特点。可应用于外差检测、测速、光学陀螺等领域。
其理论基础是声光效应，当驱动信号经过声光移频器中的换能器时会产生超声场。由于声波是弹性波，在介质中传播会使介质发生弹性形变，进而使折射率发生变化。当光波通过时会与超声波相互作用形成光栅，发生衍射现象。
由于超声波是向前传播的，声光衍射时光将发生多普勒频移。常见的声光移频器频移量在数十兆赫兹(MHz)量级。当需要对激光频率进行大范围调整时，现有的移频器件并不能满足要求。通常需要多个声光器件在空间上级联，会显著增加光路的复杂度、尺寸、调试难度和成本。
因此，如何获得移频量大范围可调的移频器成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种移频频率可调的声光移频系统及方法，用以解决现有技术中移频器具有一定损耗并且移动频率不可大范围调节的问题。
本发明实施例提供一种移频频率可调的声光移频系统，包括：光开关、声光移频器、光放大器和光纤；
所述光开关的第一输出端与所述光纤的一端连接，所述光纤的一端与所述声光移频器的一端连接，所述声光移频器的另一端与所述光放大器的一端连接，所述光放大器的另一端与所述光开关的第二输入端连接；
若检测到同步触发信号，所述光开关的第一输入端与所述光开关的第一输出端连通，输入信号通过所述光开关的第一输入端进入所述光纤，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第一输出端连通，以使得所述输入信号若干次经过所述声光移频器和所述光放大器；
若检测到出射触发信号，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第二输出端连通，以使得输出信号从所述光开关的第二输出端射出。
本发明实施例提供一种移频频率可调的声光移频方法，包括：
若检测到所述同步触发信号，所述光开关的第一输入端与所述光开关的第一输出端连通，所述输入信号通过所述光开关的第一输入端进入所述光纤，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第一输出端连通，以使得所述输入信号若干次经过所述声光移频器和所述光放大器；
若检测到所述出射触发信号，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第二输出端连通，以使得所述输出信号从所述光开关的第二输出端射出。
本发明实施例提供的一种移频频率可调的声光移频系统及方法，利用光开关控制光路方向，使得输入信号多次循环通过声光频移器，并且输入信号通过声光频移器的次数可以控制，从而可以控制输入信号的频移量，并且通过光放大器补偿功率损失，最终获得移频频率可以大范围调节的声光移频系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种移频频率可调的声光移频系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一种移频频率可调的声光移频方法的时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一种移频频率可调的声光移频系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：光开关1、声光移频器2、光放大器3和光纤4，本发明实施例中的输入信号为输入光，输出信号为输出光；
所述光开关1的第一输出端D与所述光纤4的一端连接，所述光纤4的一端与所述声光移频器2的一端连接，所述声光移频器2的另一端与所述光放大器3的一端连接，所述光放大器3的另一端与所述光开关1的第二输入端B连接；
若检测到同步触发信号，所述光开关1的第一输入端A与所述光开关1的第一输出端D连通，输入信号通过所述光开关1的第一输入端进入所述光纤4，所述光开关1的第二输入端B与所述光开关1的第一输出端D连通，以使得所述输入信号若干次经过所述声光移频器2和所述光放大器3；
若检测到出射触发信号，所述光开关1的第二输入端B与所述光开关1的第二输出端C连通，以使得输出信号从所述光开关1的第二输出端C射出。
光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。本发明实施例中，光开关是2×2光开关，具有2个输入端和2个输出端，每个输入端和每个输出端之间可以相互连接，组成不同的连通线路。也可以是其它至少包括2个输入端和2个输出端的光开关，本发明实施例以2×2光开关为例进行说明。
声光移频器可以通过调整信号对输入信号的频率进行改变，输入信号每通过一次声光频移器，其频率就会进行一次改变，频率的变化量由声光频移器的调制信号决定。
光放大器可以将光脉冲进行放大，补偿在声光频移器中的损耗，本发明实施例中，采用光纤放大器，包括掺镱的增益光纤(ThorLab YB1200-6/125DC)，泵浦光源与泵浦耦合系统。
刚开始光开关断开，输入信号从光开关的第一输入端A中准备进入，当检测到同步触发信号时，声光移频器也开始工作，光开关的第一输入端A与光开关的第一输出端D连通，因此，输入信号进入光纤，经过声光移频器，输入信号的频率进行了一次改变，由于经过声光移频器，光信号会存在损失，因此通过光放大器进行放大，然后通过光纤到达光开关的第二输入端B，由于此时光开关的导通路线为第二输入端B到第一输出端D，因此，输入信号又重新回到光纤，将输入信号从D→声光移频器→光纤放大器→无源光纤→B称为输入信号的一次光路循环，在没有检测到出射触发信号前，输入信号在光路循环中循环若干次，也就是要经过声光频移器若干次，每次经过声光频移器一次，输入光的频率就改变一次。
当检测到出射触发信号后，光开关的导通路线为第二输入端B到第二输出端C，最后从光开关的第二输出端出射输出信号。
本发明实施例中，输入信号经过一次光路循环的单次频移量由声光频移器的调制信号决定，输入信号总的频移量由调制信号和输入信号在光路中的循环次数决定。
在上述实施例的基础上，优选地，还包括：所述光纤为长度可变的无源光纤。
本发明实施例中以距离可变的自由光纤为例进行说明，且自由光纤的型号为ThorLab SM980-5.8-125。
自由光纤是长度可变的无源单模光纤，用于调整光循环一次所需时间，避免在腔内循环的前一个脉冲的后沿与下一个脉冲的前沿在时域上重叠。
具体地，所述光放大器的泵浦方式为连续或者脉冲式。
具体地，通过所述同步触发信号控制所述声光移频器的工作和关闭。
一旦检测到同步触发信号时，加载调制信号的声光移频器也开始工作。
可选地，还包括：所述声光移频器为外部触发。
具体地，所述光放大器的激光放大方式为固体放大、光纤放大或半导体激光器放大中的一种。
其中，所述放大器包括泵浦源、泵浦耦合系统、增益介质。
本发明实施例提供一种移频频率可调的声光移频系统，利用光开关控制光路方向，使得输入信号多次循环通过声光频移器，并且输入信号通过声光频移器的次数可以控制，从而可以控制输入信号的频移量，并且通过光放大器补偿功率损失，最终获得移频频率可以大范围调节的声光移频系统。
本发明实施例还提供一种移频频率可调的声光移频方法，该方法包括：
若检测到所述同步触发信号，所述光开关的第一输入端与所述光开关的第一输出端连通，所述输入信号通过所述光开关的第一输入端进入所述光纤，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第一输出端连通，以使得所述输入信号若干次经过所述声光移频器和所述光放大器；
若检测到所述出射触发信号，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第二输出端连通，以使得所述输出信号从所述光开关的第二输出端射出。
图2为本发明实施例一种移频频率可调的声光移频方法的时序图，如图2所示，T0表示输入信号的周期，t表示输入信号在光路循环中运行一次所需时间，图中第一行每条竖线代表同步触发信号发生时刻。此时光开关打开A→D通路，并且在之后的时间中保持B→D通路畅通。
第二行竖线间隔代表输入信号在光路循环运行一周所需时间。
第三行竖线代表出射触发信号，光开关在此时打开B→C通路，光离开腔内循环光路。调整出射触发信号与同步触发信号间延时，可以改变光在循环中运行周数ki，从而改变总移频量。
单次频移量由调制信号决定，总频移量由调制信号和循环次数共同决定。光开关受入射激光脉冲同步的触发信号控制，声光移频器2由同步触发信号控制，一个同步触发信号下声光移频器动作多次，动作重频与腔内循环时间相关。此处的激光脉冲就是输入信号，当检测到输入信号的同步触发信号时，声光移频器也开始工作。
当激光脉冲入射时，声光移频器开始工作，在激光脉冲每次经过后都将调制信号加载到声光移频器上，使得输入信号的光频率发生移动。以下对光路循环中的声光移频器的具体调制加载方式进行理论计算。
设ω0为输入信号的初始功率，为输入信号的瞬时相位，则输入信号的瞬时载波频率为：
其中，Vπ是声光晶体的半波电压，V0是实际加载的电压，ωrf是加载于晶体上的调制频率，m是光在循环中经过的次数。由此可见，该系统的移频量具体受光循环次数，声光晶体加载电压和调制信号频率影响。
光放大器将调制的光脉冲功率放大，以补偿光在通过移频器件2时产生的损耗。所述的无源光纤，用于调整光循环一次所需时间，避免在腔内循环的前一个脉冲的后沿与下一个脉冲的前沿在时域上重叠。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种移频频率可调的声光移频系统，其特征在于，包括：光开关、声光移频器、光放大器和光纤；
所述光开关的第一输出端与所述光纤的一端连接，所述光纤的一端与所述声光移频器的一端连接，所述声光移频器的另一端与所述光放大器的一端连接，所述光放大器的另一端与所述光开关的第二输入端连接；
若检测到同步触发信号，所述光开关的第一输入端与所述光开关的第一输出端连通，输入信号通过所述光开关的第一输入端进入所述光纤，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第一输出端连通，以使得所述输入信号若干次经过所述声光移频器和所述光放大器；
若检测到出射触发信号，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第二输出端连通，以使得输出信号从所述光开关的第二输出端射出。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述光纤为长度可变的无源光纤。
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述光放大器的泵浦方式为连续或者脉冲式。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，通过所述同步触发信号控制所述声光移频器的工作和关闭。
5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，还包括：所述声光移频器为外部触发。
6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述光放大器的激光放大方式为固体放大、光纤放大和半导体激光放大中的一种。
7.一种基于权利要求1至6任一所述系统的移频频率可调的声光移频方法，其特征在于，包括：
若检测到所述同步触发信号，所述光开关的第一输入端与所述光开关的第一输出端连通，所述输入信号通过所述光开关的第一输入端进入所述光纤，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第一输出端连通，以使得所述输入信号若干次经过所述声光移频器和所述光放大器；
若检测到所述出射触发信号，所述光开关的第二输入端与所述光开关的第二输出端连通，以使得所述输出信号从所述光开关的第二输出端射出。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，通过控制所述同步触发信号和所述出射触发信号的时间差、和/或所述声光频移器的调制信号，以控制所述输出信号与所述输入信号的频率差。
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