CN112162447A - 一种波分复用型双束声光调制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波分复用型双束声光调制系统及方法，所述系统包括第一单纤准直器、第二单纤准直器、光衍射器、反射棱镜、波分复用滤波器及双纤准直器；所述第一单纤准直器用于接收入射光并将其传送至光衍射器；光衍射器用于将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；所述反射棱镜用于接收0级光并将所述0级光反射至所述第二单纤准直器，还用于传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；所述波分复用滤波器用于将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光；所述双纤准直器用于接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光。本发明所述系统在实现波分复用与声光调制的同时，降低了光路损耗。

Description

一种波分复用型双束声光调制系统及方法
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种波分复用型双束声光调制系统及方法。
背景技术
声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程；在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。现有技术中声光调制和波分复用，是采用声光调制器与波分复用器两种器件连接使用，这样会导致连接中的熔接损耗大而影响光路功耗，两种器件在系统中光路的盘纤复杂、要考虑光纤的弯曲损耗、操作中比较繁琐。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种波分复用型双束声光调制系统及方法，用以解决现有技术中光路损耗较大的问题。
本发明提供一种波分复用型双束声光调制系统，包括第一单纤准直器、第二单纤准直器、光衍射器、反射棱镜、波分复用滤波器及双纤准直器；
所述第一单纤准直器用于接收入射光并将其传送至光衍射器；光衍射器用于将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；所述反射棱镜用于接收0级光并将所述0级光反射至所述第二单纤准直器，还用于传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；所述波分复用滤波器用于将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光；所述双纤准直器用于接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光。
进一步地，所述光衍射器包括压电换能器、氧化碲晶体材质层及介质材料层，所述氧化碲晶体材质层及介质材料层设置在所述压电换能器表面，所述压电换能器，用于产生一定频率的超声波，并将所述超声波传入到氧化碲晶体材质层及介质材料层中，使氧化碲晶体材质层及介质材料层发生弹性形变，使氧化碲晶体材质层及介质材料层形成一定周期性的介质疏密程度分布，以将所述入射光变换为0级光和1级衍射光。
进一步地，所述波分复用型双束声光调制系统还包括射频接头及匹配电路，所述射频接头与光衍射器通过匹配电路连接，所述射频接头用于通过匹配电路将电能传送至压电转换器。
进一步地，所述光衍射器设置在第一单纤准直器后端，所述反射棱镜设置在所述光衍射器后端，所述双纤准直器设置在反射棱镜的后端，所述波分复用滤波器设置在所述双纤准直器上。所述第二单纤准直器位反射棱镜下方位置。
进一步地，所述第一单纤准直器与第二单纤准直器的轴线垂直，所述第一单纤准直器与双纤准直器在一条轴线上，所述匹配电路与射频接头位于光衍射器下方位置，所述射频接头与第一单纤准直器的轴线平行。
本发明还提供一种波分复用型双束声光调制方法，包括以下步骤：
第一单纤准直器接收入射光并将其传送至光衍射器，光衍射器将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；
反射棱镜接收0级光并将所述0级光反射至第二单纤准直器，传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；
所述波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光，所述双纤准直器接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光。
进一步地，所述波分复用型双束声光调制方法还包括，产生一定频率的超声波，并将所述超声波传入到氧化碲晶体材质层及介质材料层中，使氧化碲晶体材质层及介质材料层发生弹性形变，形成具有一定周期性的介质疏密程度分布，以将所述入射光变换为0级光和1级衍射光。
进一步地，光衍射器使用布拉格衍射将所述入射光变换为0级光和1级衍射光，衍射角sinθd≈(λ0/u)f1，1级衍射效率为η1＝sin(Δψ/2)，
Figure BDA0002700630540000031
其中，λ0为光的波长，f1为衍射级数，L为声光相互作用的长度，H为声光相互作用的宽度，M2为声光质量因子，Pa是声功率，u为光速，
进一步地，波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，其输出功率为cos2(K·L)，其中，L为光纤耦合长度，K为两光纤之间的耦合系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过所述第一单纤准直器接收入射光并将其传送至光衍射器；光衍射器将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；所述反射棱镜接收0级光并将所述0级光反射至所述第二单纤准直器，还用于传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；所述波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光；所述双纤准直器接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光；在实现波分复用与声光调制的同时，降低了光路损耗。
附图说明
图1为本发明提供的波分复用型双束声光调制系统的结构示意图；
图2为本发明提供的波分复用型双束声光调制系统的详细结构图；
图3为本发明提供的光衍射器的光路实现原理图。
附图说明：01-第一单纤准直器；02-第二单纤准直器；03-光衍射器；04-反射棱镜；05-波分复用滤波器；06-双纤准直器；1-系统壳体；2第一单纤准直器；3-双纤准直器4-波分复用滤波器；5-反射棱镜；6第二单纤准直器；7-光衍射器；8-匹配电路；9-射频接头；11-入射光；12-光衍射器；13-1级衍射光；14-0级输出光。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明实施例提供了一种波分复用型双束声光调制系统，所述系统的结构示意图，如图1所示，包括第一单纤准直器01、第二单纤准直器02、光衍射器03、反射棱镜04、波分复用滤波器05及双纤准直器06；
所述第一单纤准直器01用于接收入射光并将其传送至光衍射器03；光衍射器03用于将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；所述反射棱镜04用于接收0级光并将所述0级光反射至所述第二单纤准直器02，还用于传输所述1级衍射光至波分复用滤波器05；所述波分复用滤波器05用于将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光；所述双纤准直器06用于接收从波分复用滤波器05输出的不同波长的光。
一个具体实施例中，波分复用型双束声光调制系统的详细结构图，如图2所示，包括系统外壳1，在该系统外壳1上设置有射频接头9，所述射频接头9与安装在系统外壳1内的匹配电路8的输入端连接，该匹配电路8的输出端连接有声光晶体7，声光晶体7部件的前端有第一单纤准直器2，后端安装有双纤准直器3接受1级衍射光，1级衍射光透过反射棱镜5再通过波分复用滤波器(WDM Fiter)4，最后由双纤准直器3接受后输出不同波长的光，达到分波调制的作用；
优选的，所述光衍射器包括压电换能器、氧化碲晶体材质层及介质材料层，所述氧化碲晶体材质层及介质材料层设置在所述压电换能器表面，所述压电换能器，用于产生一定频率的超声波，并将所述超声波传入到氧化碲晶体材质层及介质材料层中，使氧化碲晶体材质层及介质材料层发生弹性形变，形成具有一定周期性的介质疏密程度分布，以将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；
具体实施时，0级光通常会从后端孔出来，通过反射棱镜反射到侧面，安装有第二单纤准直器6接受0级光，从而实现0级光和1级衍射光同时使用；
光衍射器的光路实现原理图，如图3所示，11为入射光，12为光衍射器，13为1级衍射光，14为0级输出光；压电换能器上表面有声光晶体材质层即二氧化碲(TeO2)，以及介质材料层；当驱动射频接头9时，通过50欧姆的阻抗线传输到具有逆压电效应的介质制成的压电换能器上，产生相应频率的超声波，传入到声光互作用介质中，使得介质发生弹性形变，使其形成一定周期性的介质疏密程度分布，相应的折射率也成周期性，形成折射率为布拉格光栅；
优选的，所述波分复用型双束声光调制系统还包括射频接头及匹配电路，所述射频接头与光衍射器通过匹配电路连接，所述射频接头用于通过匹配电路将电能传送至压电转换器；
一个具体实施例中，当具有一定波长的光通过透镜入射到声光互作用介质中，通过声光相互作用，形成光的衍射，随着加载的驱动信号变化，衍射光的频率、方向、强度也发生相应的变化。
优选的，所述光衍射器设置在第一单纤准直器后端，所述反射棱镜设置在所述光衍射器后端，所述双纤准直器设置在反射棱镜的后端，所述波分复用滤波器设置在所述双纤准直器上。所述第二单纤准直器位反射棱镜下方位置；
一个具体实施例中，通过给射频接头加载一个调制信号，可以控制1级衍射光的有和无，双纤准直器3上带有WDM Fiter4，可以起到分波作用，双纤准直器采用250um的间距，光距范围广，可以更好的找到最小的损耗角度；
优选的，所述第一单纤准直器与第二单纤准直器的轴线垂直，所述第一单纤准直器与双纤准直器在一条轴线上，所述匹配电路与射频接头位于光衍射器下方位置，所述射频接头与第一单纤准直器的轴线平行。
需要说明的是，波分复用型双束声光调制系统包括两个单纤准直器和一个双纤准直器，双纤准直器上带有一个WDM Fiter和一个反射棱镜，双纤准直器接受衍射进行分波，反射棱镜反射0级光到单纤接收输出；所述波分复用型双束声光调制系统为二合一器件，成本低、损耗小；所述准直器为双纤准直器其间距为250um，耦合调整范围大会给耦合效率带来很多便利；
分体器件单个的1550nm波段的WDM损耗在0.5dB，加上0.1dB的熔接损耗，总损耗在0.6dB，其中还包含不确定性的因数，而单一的1550nm波段声光调制器损耗在2.0dB，两种器件总损耗在2.6～2.8dB；
当采用波分复用型双束声光调制系统后衍射总损耗在2.0～2.1dB,几乎省略了WDM的损耗；同时0级光就可以充分使用取代耦合器的作用，耦合器分光50/50损耗在3.2dB左右，给系统的功耗还是很大的，当采用声光0级提供后损耗可以控制在1.5dB以内，大大降低了系统功耗。
实施例2
本发明实施例提供了一种波分复用型双束声光调制方法，包括以下步骤：
第一单纤准直器接收入射光并将其传送至光衍射器，光衍射器将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；
反射棱镜接收0级光并将所述0级光反射至第二单纤准直器，传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；
所述波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光，所述双纤准直器接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光。
优选的，所述波分复用型双束声光调制方法还包括，产生一定频率的超声波，并将所述超声波传入到氧化碲晶体材质层及介质材料层中，使氧化碲晶体材质层及介质材料层发生弹性形变，形成具有一定周期性的介质疏密程度分布，以将所述入射光变换为0级光和1级衍射光。
优选的，光衍射器使用布拉格衍射将所述入射光变换为0级光和1级衍射光，衍射角sinθd≈(λ0/u)f1，1级衍射效率为η1＝sin(Δψ/2)，
Figure BDA0002700630540000071
其中，λ0为光的波长，，f1为衍射级数，L为声光相互作用的长度，H为声光相互作用的宽度，M2为声光质量因子，Pa是声功率，u为光速。
需要说明的是，声光调制器一般采用的衍射模式为布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射；激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格衍射，衍射角为sinθd≈θd＝(λ0/u)f1，1级衍射效率为η1＝sin(Δψ/2)，
Figure BDA0002700630540000072
优选的，波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，其输出功率为cos2(K·L)，其中，L为光纤耦合长度，K为两光纤之间的耦合系数；
一个具体实施例中，在波分复用和解复用过程中，单模光纤熔锥型耦合器的作用是互逆的，以解复用过程来说明其耦合原理；如果工作波长为λ1λ2，输入功率为P1的光射线从1端口输入，波分复用滤波器输出功率为cos2(K·L)，L为光纤耦合长度，K为两光纤之间的耦合系数，该系数与光射线的工作波长、熔锥截面的纤芯折射率以及外包层介质折射率有关；输出功率是随着所传输光射线的波长和耦合长度的变化而呈现周期性变化的规律，因而可以根据需要选择适当的波长和熔拉技术来调节两光纤的纤芯距，精确控制功率的转移，使不同波长的光射线得到不同的耦合比γ。
本发明公开了一种波分复用型双束声光调制系统及方法，通过所述第一单纤准直器接收入射光并将其传送至光衍射器；光衍射器将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；所述反射棱镜接收0级光并将所述0级光反射至所述第二单纤准直器，还用于传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；所述波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光；所述双纤准直器接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光；在实现波分复用与声光调制的同时，降低了光路损耗；
本发明所述技术方案，大大降低了熔接损耗，盘纤的复杂性和降低了在系统中的空间位置，0级光还可以被充分利用，不需要采用耦合器来分光、而且耦合器损耗在3.2dB左右，而0级光输出小于1.5dB；降低了损耗的一半，解决了光路损耗大的重要难题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种波分复用型双束声光调制系统，其特征在于，包括第一单纤准直器、第二单纤准直器、光衍射器、反射棱镜、波分复用滤波器及双纤准直器；
所述第一单纤准直器用于接收入射光并将其传送至光衍射器；光衍射器用于将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；所述反射棱镜用于接收0级光并将所述0级光反射至所述第二单纤准直器，还用于传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；所述波分复用滤波器用于将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光；所述双纤准直器用于接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光。
2.根据权利要求1所述的波分复用型双束声光调制系统，其特征在于，所述光衍射器包括压电换能器、氧化碲晶体材质层及介质材料层，所述氧化碲晶体材质层及介质材料层设置在所述压电换能器表面，所述压电换能器，用于产生一定频率的超声波，并将所述超声波传入到氧化碲晶体材质层及介质材料层中，使氧化碲晶体材质层及介质材料层发生弹性形变，使氧化碲晶体材质层及介质材料层形成一定周期性的介质疏密程度分布，以将所述入射光变换为0级光和1级衍射光。
3.根据权利要求2所述的波分复用型双束声光调制系统，其特征在于，还包括射频接头及匹配电路，所述射频接头与光衍射器通过匹配电路连接，所述射频接头用于通过匹配电路将电能传送至压电转换器。
4.根据权利要求3所述的波分复用型双束声光调制系统，其特征在于，所述光衍射器设置在第一单纤准直器后端，所述反射棱镜设置在所述光衍射器后端，所述双纤准直器设置在反射棱镜的后端，所述波分复用滤波器设置在所述双纤准直器上。所述第二单纤准直器位反射棱镜下方位置。
5.根据权利要求4所述的波分复用型双束声光调制系统，其特征在于，所述第一单纤准直器与第二单纤准直器的轴线垂直，所述第一单纤准直器与双纤准直器在一条轴线上，所述匹配电路与射频接头位于光衍射器下方位置，所述射频接头与第一单纤准直器的轴线平行。
6.一种波分复用型双束声光调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一单纤准直器接收入射光并将其传送至光衍射器，光衍射器将所述入射光变换为0级光和1级衍射光；
反射棱镜接收0级光并将所述0级光反射至第二单纤准直器，传输所述1级衍射光至波分复用滤波器；
所述波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，输出不同波长的光，所述双纤准直器接收从波分复用滤波器输出的不同波长的光。
7.根据权利要求6所述的波分复用型双束声光调制方法，其特征在于，还包括，产生一定频率的超声波，并将所述超声波传入到氧化碲晶体材质层及介质材料层中，使氧化碲晶体材质层及介质材料层发生弹性形变，形成具有一定周期性的介质疏密程度分布，以将所述入射光变换为0级光和1级衍射光。
8.根据权利要求6所述的波分复用型双束声光调制方法，其特征在于，光衍射器使用布拉格衍射将所述入射光变换为0级光和1级衍射光，衍射角sinθd≈(λ0/u)f1，1级衍射效率为η1＝sin(Δψ/2)，
Figure FDA0002700630530000021
其中，λ0为光的波长，f1为衍射级数，L为声光相互作用的长度，H为声光相互作用的宽度，M2为声光质量因子，Pa是声功率，u为光速。
9.根据权利要求6所述的波分复用型双束声光调制方法，其特征在于，波分复用滤波器将所述1级衍射光进行分波调制，其输出功率为cos2(K·L)，其中，L为光纤耦合长度，K为两光纤之间的耦合系数。
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