CN112198590B - 一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿装置和方法，其特征在于，所述装置包括：光束往返模块、光学信息处理模块、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块,所述光束往返模块的第一分束器接收入射光产生参考光束和第一入射光束，所述入射光束经过光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线和光纤链路到部分反射镜，由所述部分反射镜反射的反射光原路返回，所述第二分束器将所述参考光束和所述反射光合束为第二光束；所述光学信息处理模块基于所述第二光束获取误差相位信息，输出反馈控制电压信号；所述光纤拉伸器反馈控制模块和所述电动光学延迟线反馈控制模块基于所述反馈控制电压信号对所述第一入射光束进行实时补偿。

Description

一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及电子信息科学领域时间频率传递技术。更具体地，涉及一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿方法及装置。

背景技术

光纤具有损耗低、稳定性高及抗干扰力强等优势，被广泛应用于高精度的时频信号传递。然而，光纤易受到外界温度、应力以及机械振动的影响，导致时频信号在传递过程中产生相位抖动(延迟)，从而影响时频传递稳定度，另外，随着频率源稳定度的不断提高，对时频传递系统的稳定度性能也提出了更高的要求。因此，为提高时频传递的稳定度，需要对光纤传递链路引入的相位抖动进行实时补偿。

根据光纤传递链路延迟补偿方式的不同，可分为链路光程补偿方式与传递信号反馈调节方式。链路光程补偿方式通过鉴相的方式提取出相位抖动信息，并通过光学补偿器件增长或缩短光纤链路，对链路中的光程变化加以控制，从而补偿光纤链路中的相位抖动；传递信号反馈调节方式通过将将远端回传的探测信号与本地的参考信号进行混频，得到与探测信号相位共轭的预补偿信号，并作为本地端传递的输出信号，从而实现链路的延迟补偿。

目前，基于光程控制的主动补偿主要采用光学延迟线、光纤拉伸器、步进电机等补偿器件进行补偿。采用单一光学延迟器件无法很好地同时补偿链路传输中的快变和慢变相位延迟。

发明内容

本发明的一个目的在于提供解决上述问题的一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的延迟补偿方法及装置。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一方面，本发明公开了一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿装置，所述装置包括：

光束往返模块、光学信息处理模块、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块，其中

所述光束往返模块包括第一分束器、光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线、光纤链路、部分反射镜和第二分束器其中,所述第一分束器接收入射光后，产生参考光束和第一入射光束，所述参考光束入射到第二分束器,所述第一入射光束经过所述光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线以及光纤链路入射到所述部分反射镜，由所述部分反射镜反射的反射光经过所述光纤链路、电动光学延迟线、光纤拉伸器和光纤环形器入射到所述第二分束器，所述第二分束器将所述参考光束和所述反射光合束为第二光束；

所述光学信息处理模块基于所述第二光束获取误差相位信息，输出包含误差相位信息的反馈控制电压信号；

所述光纤拉伸器反馈控制模块和所述电动光学延迟线反馈控制模块基于所述反馈控制电压信号对所述第一入射光束进行实时补偿。

所述光学信息处理模块包括光电探测器、鉴相器、频率参考源和伺服控制器，

其中，所述光电探测器接收所述第二光束进行光电转换产生电信号，所述鉴相器接收所述电信号，基于所述频率参源提供的参考标准信号提取出误差相位信息，输出含有误差相位信息的误差电压信号；

所述伺服控制器通过对所述误差电压信号进行比例、积分和微分控制，实现对所述误差电压信号的实时反馈，并产生稳定的反馈控制电压信号。

所述光纤拉伸器反馈控制模块包括电压放大器，所述反馈控制电压信号经所述电压放大器放大后用于控制所述光纤拉伸器的拉伸，从而改变光纤链路的传输光程，实现对光纤链路中高频噪声的实时补偿。

所述电动光学延迟线反馈控制模块包括数据采集卡、计算机和驱动器；

所述反馈控制电压信号经数据采集卡、计算机和驱动器控制所述电动光学延迟线，实现对光纤链路中漂移误差的补偿。

另一方面，本发明公开了一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿方法，所述方法包括：

S100、第一分束器接收入射光，产生参考光束和第一入射光束；

S105、第二分束器接收所述参考光束；

S110、所述第一入射光束经过光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线以及光纤链路入射到所述部分反射镜，由部分反射镜反射的反射光经过所述光纤链路、电动光学延迟线、光纤拉伸器和光纤环形器入射到所述第二分束器；

S115、所述第二分束器将所述参考光束和所述反射光合束为第二光束；

S120、光学信息处理模块基于所述第二光束获取误差相位信息，输出包含误差相位信息的反馈控制电压信号；

S125、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块基于所述反馈控制电压信号对所述第一入射光束进行实时补偿。

所述光学信息处理模块包括光电探测器、鉴相器、频率参考源和伺服控制器，

所述S120包括

所述光电探测器接收所述第二光束进行光电转换产生电信号；

所述鉴相器接收所述电信号，基于所述频率参源提供的参考标准信号提取出误差相位信息，输出含有误差相位信息的误差电压信号；

所述伺服控制器通过对所述误差电压信号进行比例、积分和微分控制，实现对所述误差电压信号的实时反馈，并产生稳定的反馈控制电压信号。

所述光纤拉伸器反馈控制模块包括电压放大器，

所述S125包括

所述反馈控制电压信号经所述电压放大器放大后用于控制所述光纤拉伸器的拉伸，从而改变光纤链路的传输光程，实现对光纤链路中高频噪声的实时补偿。

所述电动光学延迟线反馈控制模块包括数据采集卡、计算机和驱动器，

所述S125包括

所述数据采集卡接收所述反馈控制电压信号得到电压值数据；

所述计算机基于LabVIEW开发平台对所述电压值数据进行处理，输出对应的控制电压信号；

所述驱动器基于控制电压信号控制所述电动光学延迟线实现对链路中漂移误差的补偿。

本发明通过光纤拉伸器与电动光学延迟线相结合的方式，实现对光纤链路中快变和慢变相位延迟的实时补偿，提高了光纤链路延迟补偿的鲁棒性；采用LabVIEW平台控制电动光学延迟线，配置方式上更加简洁，程序具备可移植性，可实现补偿监测可视化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的延迟补偿装置的示意图；

图2示出一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的延迟补偿方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

需要说明的是附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一方面，本发明的一个实施例提供一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的延迟补偿装置。

根据本发明的示例性实施例，所述装置包括光束往返模块、光学信息处理模块、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块，

如图1所示，

所述光束往返模块包括第一分束器、光纤环形器、第二分束器、光纤拉伸器、电动光学延迟线、光纤链路和部分反射镜；

所述光学信息处理模块包括光电探测器、鉴相器、频率参考源和伺服控制器；

所述光纤拉伸器反馈控制模块包括电压放大器；

所述电动光学延迟线控制模块包括数据采集卡、计算机和驱动器。

入射光射入第一分束器，分为两束，第一光束将进入第二分束器，另一束进入光纤环形器转换方向后依次经过光纤拉伸器和电动光学延迟线最后经由光纤链路到达部分反射镜，所述部分反射镜反射回的反射光束经过光纤链路射入电动光学延迟线，经过所述光纤拉伸器和光纤环形器到达第二分束器，在往返传递的过程中，所述光纤链路引入了相位抖动，并体现在测量信号的相位信息上。所述第二分束器将所述参考光束和反射光束合束为第二光束，送入光电探测器

所述光学信息处理模块具体包括，

所述光电探测器将所述第二光束其转换为电信号。

所述电信号依次经过鉴相器和伺服控制器，所述鉴相器以频率参考源作为参考标准，从所述电信号中提取出误差相位信息，输出包含误差相位信息的误差电压信号。伺服控制器的作用为对该误差电压信号进行比例、积分、微分运算。所述伺服控制器接收所述误差电压信号，通过调节信号输入输出的比例关系，增大系统响应速度；通过调节输入信号与输出信号积分比例关系，消除系统的稳态误差；通过调节输入信号与输出信号微分比例关系，预测误差信号的变化趋势，改善系统动态特性；最终输出一个稳定的反馈控制电压信号。所述光电探测器、鉴相器和伺服控制器之间为电连接。

在光纤拉伸器反馈控制模块中，所述反馈控制电压信号，首先经过电压放大器对电压值进行放大，以充分利用光纤拉伸器的补偿电压范围，所述放大后的反馈控制电压信号使光纤拉伸器快速伸缩以改变链路中的光程，从而对链路中的高频噪声进行补偿。在所述电动光学延迟线反馈控制模块，所述数据采集卡对误差电压进行采集，计算机对采集到的电压值进行处理，并输出相应的驱动电压用来控制驱动器，并由驱动器控制电动光学延迟线内正负延迟量，实现对链路中的漂移误差的补偿。当所述反馈控制电压信号超出光纤拉伸器有效补偿范围时，电动光学延迟线反馈控制模块将持续补偿，直到控制电压再次回到光纤拉伸器的控制范围内，从而达到对相位延迟的抑制。

在本发明的另一个实施例中，实现了一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的延迟补偿方法。

如图2所示，具体包括：

S100、第一分束器接收入射光，产生参考光束和第一入射光束；

S105、第二分束器接收所述参考光束；

S110、所述第一入射光束经过光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线以及光纤链路入射到所述部分反射镜，由部分反射镜反射的反射光经过所述光纤链路、电动光学延迟线、光纤拉伸器和光纤环形器入射到所述第二分束器；

S115、所述第二分束器将所述参考光束和所述反射光合束为第二光束；

S120、光学信息处理模块基于所述第二光束获取误差相位信息，输出包含误差相位信息的反馈控制电压信号；

S125、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块基于所述反馈控制电压信号对所述第一入射光束进行实时补偿。

所述光学信息处理模块包括光电转换器、鉴相器和伺服控制器。所述光电转换器接收所述第二光束，进行光电转换，输出电信号；所述鉴相器基于频率参考源，提取出所述电信号中包含的误差相位信息，输出包含所述误差相位信息的误差电压信号；所述伺服控制器将通过调节输入的误差电压信号的比例、积分和微分关系，实现对所述误差电压信号的实时反馈，并提供稳定的反馈控制电压信号。

所述光纤拉伸器的反馈控制由电压放大器组成；

所述反馈控制电压信号传输至电压放大器进行信号放大，所述光纤拉伸器根据接收到的放大后的反馈控制电压信号进行快速伸缩，改变链路的传输光程，实现对链路中高频噪声的实时补偿。

所述电动光学延迟线的反馈控制包括数据采集卡、计算机和驱动器；

所述数据采集卡接收反馈控制电压信号得到电压值数据，计算机基于LabVIEW开发平台对所述电压值数据进行处理，输出对应的控制电压信号用于控制驱动器，所述驱动器通过对电动光学延迟线的控制实现对链路中第一入射光束的漂移补偿。

进一步的，所述电动光学延迟线在驱动方式上基于LabVIEW可视化软件开发平台，可实现对光学延迟线的灵活操控。LabVIEW程序控制思想如下：为避免长期时间漂移造成光纤拉伸器反馈控制电压超出其电压补偿范围，需将光纤拉伸器的控制电压的反馈点在补偿范围的中心附近。因此，需设定合适的电压范围，保证光纤拉伸器始终在其补偿范围的中段位置，保证系统的鲁棒性。当数据采集卡采集的电压值落入该范围时，电动光学延迟线不作延迟调整，由光纤拉伸器进行延迟补偿；当采集电压值不在该范围内，则驱动电动光学延迟线，使误差电压信号被“拉回”光纤拉伸器的中段补偿范围内，再由光纤拉伸器进行快速补偿。另外，LabVIEW的可视化界面可实时观测电压以及延迟线前进或后退的距离，并可通过误差电压的变化间接监测外界环境对传递系统的影响。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

光束往返模块、光学信息处理模块、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块，其中

所述光束往返模块包括第一分束器、光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线、光纤链路、部分反射镜和第二分束器,其中,所述第一分束器接收入射光后，产生参考光束和第一入射光束，所述参考光束入射到第二分束器,所述第一入射光束经过所述光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线以及光纤链路入射到所述部分反射镜，由所述部分反射镜反射的反射光经过所述光纤链路、电动光学延迟线、光纤拉伸器和光纤环形器入射到所述第二分束器，所述第二分束器将所述参考光束和所述反射光合束为第二光束；

所述光学信息处理模块基于所述第二光束获取误差相位信息，输出包含误差相位信息的反馈控制电压信号；

所述光纤拉伸器反馈控制模块和所述电动光学延迟线反馈控制模块基于所述反馈控制电压信号对所述第一入射光束进行实时补偿；

所述电动光学延迟线反馈控制模块包括数据采集卡、计算机和驱动器；

所述反馈控制电压信号经数据采集卡、计算机和驱动器控制所述电动光学延迟线，实现对光纤链路中漂移误差的补偿；

所述光学信息处理模块包括光电探测器、鉴相器、频率参考源和伺服控制器，

其中，所述光电探测器接收所述第二光束进行光电转换产生电信号，所述鉴相器接收所述电信号，基于所述频率参考源提供的参考标准信号提取出误差相位信息，输出含有误差相位信息的误差电压信号；

所述伺服控制器通过对所述误差电压信号进行比例、积分和微分控制，实现对所述误差电压信号的实时反馈，并产生稳定的反馈控制电压信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述光纤拉伸器反馈控制模块包括电压放大器，所述反馈控制电压信号经所述电压放大器放大后用于控制所述光纤拉伸器的拉伸，从而改变光纤链路的传输光程，实现对光纤链路中高频噪声的实时补偿。

3.一种基于光纤拉伸器与电动光学延迟线的主动补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

S100、第一分束器接收入射光，产生参考光束和第一入射光束；

S105、第二分束器接收所述参考光束；

S110、所述第一入射光束经过光纤环形器、光纤拉伸器、电动光学延迟线以及光纤链路入射到部分反射镜，由部分反射镜反射的反射光经过所述光纤链路、电动光学延迟线、光纤拉伸器和光纤环形器入射到所述第二分束器；

S115、所述第二分束器将所述参考光束和所述反射光合束为第二光束；

S120、光学信息处理模块基于所述第二光束获取误差相位信息，输出包含误差相位信息的反馈控制电压信号；

S125、光纤拉伸器反馈控制模块和电动光学延迟线反馈控制模块基于所述反馈控制电压信号对所述第一入射光束进行实时补偿；

所述电动光学延迟线反馈控制模块包括数据采集卡、计算机和驱动器，

所述S125包括

所述数据采集卡接收所述反馈控制电压信号得到电压值数据；

所述计算机基于LabVIEW开发平台对所述电压值数据进行处理，输出对应的控制电压信号；

所述驱动器基于控制电压信号控制所述电动光学延迟线实现对链路中漂移误差的补偿；

所述光学信息处理模块包括光电探测器、鉴相器、频率参考源和伺服控制器，

所述S120包括

所述光电探测器接收所述第二光束进行光电转换产生电信号；

所述鉴相器接收所述电信号，基于所述频率参考源提供的参考标准信号提取出误差相位信息，输出含有误差相位信息的误差电压信号；

所述伺服控制器通过对所述误差电压信号进行比例、积分和微分控制，实现对所述误差电压信号的实时反馈，并产生稳定的反馈控制电压信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述光纤拉伸器反馈控制模块包括电压放大器，

所述S125包括

所述反馈控制电压信号经所述电压放大器放大后用于控制所述光纤拉伸器的拉伸，从而改变光纤链路的传输光程，实现对光纤链路中高频噪声的实时补偿。

Images