CN112217564B - 一种基于啁啾光纤光栅的脉冲位置调制激光通信方法 - Google Patents

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Abstract

基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信方法，由激光光源、信号编码控制单元、啁啾相位或频率调制器、发射光放大器、发射光学单元、接收光学单元、光环行器、啁啾光纤光栅、光电探测器、接收光放大器、信号调理电路、信号采集电路和信号处理单元构成。激光光源发出连续或者宽脉冲的激光；信号编码控制单元根据要发送的信息，按照脉冲位置调制的通信协议，在相应时刻控制啁啾相位或频率调制器对激光进行啁啾调制，并经由发射光放大器输出啁啾光脉冲，然后由发射光学单元发射到通信信道中；接收光学单元接收光信号，并经过接收光放大器后输入到光环行器中，利用啁啾光纤光栅压缩成窄脉冲光信号；光电探测器将窄脉冲光信号转化成相应的电子脉冲信号，由信号调理电路进行放大和滤波，然后由信号采集电路转化为数字信号；根据接收脉冲的时间信息，信号处理单元依据脉冲位置调制的通信协议解调出发送的信息。

Description

一种基于啁啾光纤光栅的脉冲位置调制激光通信方法
技术领域
本发明涉及一种基于啁啾光纤光栅的脉冲位置调制激光通信方法，更具体地说属于一种采用啁啾光纤光栅实现激光脉宽压缩的脉冲位置调制激光通信方法。
背景技术
脉冲位置调制将M比特的信息映射到2M个连续的时间片段。脉冲位置调制激光通信方法中，发射端根据发送的信息控制一系列激光脉冲在各自的相应时间片段发出，接收端根据接收到的相邻两个脉冲时间间隔计算出发送的信息。发射的激光脉冲能量大，有利于接收端获得大的信噪比。激光脉冲越短，并且出光时刻控制得越精确，越有利于传输更多的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于啁啾光纤光栅的脉冲位置调制激光通信方法，其中发射端将宽的激光脉冲进行线性啁啾频率调制，接收端利用匹配的啁啾光纤光栅将宽的激光脉冲压缩成窄的激光脉冲。
啁啾光纤光栅是指光纤纤芯折射率变化幅度或折射率变化的周期沿光纤轴向逐渐变化，导致其Bragg反射波长沿长度方向发生变化而形成的一种光纤光栅。在某点z处所对应的Bragg反射波长可表示为：
λB(z)＝2neff(z)Λ(z)，(1)
其中，neff(z)和Λ(z)是沿z轴变化的光纤纤芯折射率和光栅周期。
线性啁啾光纤光栅表示为光栅折射率调制幅度沿轴向保持常数，而周期沿光栅轴向线性变化的光栅，其周期的表达式可写为：
Λ(z)＝Λ0+Cz/2neff，(2)
Λ0表示初始波长λ0的周期，C为啁啾系数。
将光信号调制成与啁啾光纤光栅相匹配的啁啾信号，长波长的光信号在啁啾光纤光栅周期长的位置处反射，短波长的光信号在啁啾光纤光栅周期短的位置处反射，可以实现光脉冲压缩。
如果光信号的啁啾调制带宽为B，光脉冲信号宽度为T，则利用啁啾光纤光栅压缩后的光脉冲宽度为1/B。
本发明包括激光光源、信号编码控制单元、啁啾相位或频率调制器、发射光放大器、发射光学单元、接收光学单元、光环行器、啁啾光纤光栅、光电探测器、接收光放大器、信号调理电路、信号采集电路和信号处理单元；其特征在于，激光光源发出连续或者宽脉冲的激光；信号编码控制单元根据要发送的信息，按照脉冲位置调制的通信协议，在相应时刻控制啁啾相位或频率调制器对激光进行啁啾调制，并经由发射光放大器输出啁啾光脉冲，然后由发射光学单元发射到通信信道中；接收光学单元接收光信号，并经过接收光放大器后输入到光环行器中，利用啁啾光纤光栅压缩成窄脉冲光信号；光电探测器将脉冲光信号转化成相应的电子脉冲信号，由信号调理电路进行放大和滤波，然后由信号采集电路转化为数字信号；根据接收脉冲的时间信息，信号处理单元依据脉冲位置调制的通信协议解调出发送的信息。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1，本发明的基于啁啾光纤光栅的脉宽压缩装置
图2，本发明的基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信发射系统原理图
图3，本发明的基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信接收系统结构原理图
图中：1.啁啾光脉冲，2.啁啾光纤光栅，3.压缩后的光脉冲，4.入射光纤，5.光环行器，6.出射光纤，7.激光光源，8.啁啾相位或频率调制器，9.信号编码控制单元，10.发射光放大器，11.发射光学单元，12.接收光学单元，13.接收光放大器，14.图1中基于啁啾光纤光栅的脉宽压缩装置，15.光电探测器，16.信号调理电路，17.信号采集电路，18.信号处理单元。
具体实施方式
本发明的目的是提供基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信方法，以解决相关领域的技术问题。
本发明的基于啁啾光纤光栅脉宽压缩装置如图1所示。
啁啾光脉冲(1)经由入射光纤(4)输入到光环行器(5)的1端。啁啾光纤光栅(2)连接在光环行器(5)的2端。啁啾光脉冲(1)经过啁啾光纤光栅(2)反射后，由光环行器(5)的3端输出。啁啾光脉冲(1)的频率范围和啁啾光纤光栅(2)的纤芯折射率变化幅度或折射率变化周期匹配，长波长的光信号在啁啾光纤光栅周期长的位置处反射，短波长的光信号在啁啾光纤光栅周期短的位置处反射，实现光脉冲压缩。出射光纤(6)中输出压缩后的光脉冲(3)。
本发明的基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信发射系统原理如图(2)所示。激光光源(7)输出连续光，或者比啁啾光脉冲(1)宽的脉冲光。信号编码控制单元(9)根据要发送的信息，按照脉冲位置调制的通信协议，在相应时刻控制啁啾相位或频率调制器(8)对激光进行啁啾调制，并经由发射光放大器(10)成为啁啾光脉冲(1)，然后由发射光学单元(11)发射到通信信道中。
本发明的基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信接收系统结构原理如图(3)所示。接收光学单元(12)接收通信信道中阐述的光信号，然后由接收光放大器(13)进行放大，随后导入到如图1所示基于啁啾光纤光栅的脉宽压缩装置(14)中。基于啁啾光纤光栅的脉宽压缩装置(14)输出的压缩后的光脉冲(3)由光电探测器(15)转化成相应的电子脉冲信号，并由信号调理电路(16)进行电子学放大和滤波，然后由信号采集电路(17)转化为数字信号。信号处理单元(18)根据脉冲位置调制的通信协议解调出发送的信息。
总之，利用本发明基于啁啾光纤光栅脉宽压缩技术的脉冲位置调制激光通信方法可以利用连续或者宽脉冲激光光源实现脉冲位置调制激光通信。

Claims (1)

1.一种基于啁啾光纤光栅的脉冲位置调制激光通信方法，其特征在于：由激光光源、信号编码控制单元、啁啾相位或频率调制器、发射光放大器、发射光学单元、接收光学单元、光环行器、啁啾光纤光栅、光电探测器、接收光放大器、信号调理电路、信号采集电路和信号处理单元构成；其中激光光源发出连续或者宽脉冲的激光；信号编码控制单元根据要发送的信息，按照脉冲位置调制的通信协议，在相应时刻控制啁啾相位或频率调制器对激光进行啁啾调制，并经由发射光放大器输出啁啾光脉冲，然后由发射光学单元发射到通信信道中；接收光学单元接收啁啾光脉冲，并经过接收光放大器后输入到光环行器中；接收到的啁啾光脉冲的频率范围和啁啾光纤光栅的纤芯折射率变化幅度或折射率变化周期匹配，长波长的光信号在啁啾光纤光栅周期长的位置处反射，短波长的光信号在啁啾光纤光栅周期短的位置处反射，接收到的啁啾光脉冲利用啁啾光纤光栅压缩成窄脉冲光信号；光电探测器将压缩后的窄脉冲光信号转化成相应的电子脉冲信号，由信号调理电路进行放大和滤波，然后由信号采集电路转化为数字信号；根据接收脉冲的时间信息，信号处理单元依据脉冲位置调制的通信协议解调出发送的信息。
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