CN113078543B - 一种产生大啁啾的级联光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生大啁啾的级联光调制器，由一个激光器、顺序设置的多组级联的调制模块以及一个同步电压信号发生器组成。激光器发出相干性很好的激光，达到多组级联的调制模块，每一级调制模块包括一个光延迟器、一个偏振控制器和一个电光调制器和一个放大器；进入每一级调制模块的激光首先经过可调光延迟器调整延迟时间，然后进入的光纤偏振控制器调整其偏振态，这个延时和偏振调整后的偏振光进入电光调制器，电光调制器在同步电压信号控制下，产生所需要的频率啁啾，然后进入光放大器进行功率补偿；经过级联的多级调制模块后，获得频移数倍于单级调制的频率啁啾，以满足宽带调频通信和大动态范围啁啾的需求。

Description

一种产生大啁啾的级联光调制器
技术领域
本发明涉及宽带调制技术领域，尤其涉及一种产生大啁啾的级联光调制器。
背景技术
在光通信和光纤传感中，利用对光源的相位进行调制，使光源产生一定的啁啾，从而扩展光源的频谱，是一种提高通信可靠性和传感器测量动态范围的重要技术。最常见的就是扩展频谱通信和利用啁啾的φ-OTDR技术。实验表明，啁啾越大，通信或者传感器系统性能越好。目前，产生啁啾是利用铌酸锂电光调制器进行相位调制，由于电光调制器的半波电压一般不是很大，约在若干伏特的范围，所以相位调制的范围也就在0～π的范围内。尽管增大调制电压，可以扩大相位调制的范围(也称为调制深度)，但是电压升高后调制的速率将下降，于是就产生了调制速率和调制范围的矛盾。因为瞬时频率的变化是正比于相位调制的速率的，所以增大调制电压并不能获得大的频率啁啾，从而限制了这种技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产生大啁啾的级联光调制器，能解决调制电压与频率啁啾之间的矛盾。
为实现上述目的，本发明提供了一种产生大啁啾的级联光调制器，所述产生大啁啾的级联光调制器包括一个激光器、级联的多组调制模块和同步电压信号发生器，所述激光器与级联的多组所述调制模块经过光纤连接，所述同步电压信号发生器与级联的多组所述调制模块通过电信号连接；每一级所述的调制模块均包括一个可调光延迟器、一个光纤偏振控制器、一个电光调制器和一个光放大器，所述可调光延迟器、所述光纤偏振控制器、所述电光调制器和所述光放大器依次用光纤连接。
其中，所述可调光延迟器包括输入自聚焦透镜、输出自聚焦透镜和直角棱镜，所述输入自聚焦透镜和所述输出自聚焦透镜均位于所述直角棱镜同侧，且所述输入自聚焦透镜和所述输出自聚焦透镜平行设置。
其中，所述光纤偏振控制器为手动偏振控制器或电动偏振控制器中的任一种。
其中，所述电光调制器为基于铌酸锂晶体的电光调制器。
其中，所述光放大器为掺铒光纤放大器或半导体光放大器中的任一种。
本发明的一种产生大啁啾的级联光调制器，激光器发出的相干性很好的激光，达到一组级联的调制模块，在每一级调制模块中，进入的激光首先经过一个可调光延迟器调整延迟时间，以确保和由同步电压信号发生器的控制电压V(t)同步，然后进入的光纤偏振控制器，经输出一个满足电光调制要求的偏振态，这个延时和偏振调整后的偏振光进入电光调制器，电光调制器在同步电压信号控制下，产生所需要的频率啁啾，然后进入光放大器进行功率补偿，以便补偿由可调光延迟器、光纤偏振控制器以及电光调制器所形成的损耗，解决调制电压与频率啁啾之间的矛盾。
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是本发明提供的一种产生大啁啾的级联光调制器的结构示意图。
图2是本发明提供的单级调制模块的结构示意图。
图3是本发明提供的可调光延迟器的结构示意图。
1-激光器、2-调制模块、3-同步电压信号发生器、21-可调光延迟器、22-光纤偏振控制器、23-电光调制器、24-光放大器、211-输入自聚焦透镜、212-输出自聚焦透镜、213-直角棱镜。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图3，本发明提供一种产生大啁啾的级联光调制器，所述产生大啁啾的级联光调制器包括激光器1、级联的多组调制模块2和同步电压信号发生器3，所述激光器1与级联的多组所述调制模块2经过光纤连接，所述同步电压信号发生器3与级联的多组所述调制模块2通过电信号连接；多组所述调制模块2的每一级均包括一个可调光延迟器21、一个光纤偏振控制器22、一个电光调制器23和一个光放大器24，所述可调光延迟器21、所述光纤偏振控制器22、所述电光调制器23和所述光放大器24依次用光纤连接。
在本实施方式中，激光器1发出的相干性很好的激光，达到第一组调制模块2，在调制模块2中，进入的激光首先经过一个可调光延迟器21调整延迟时间，以确保和由同步电压信号发生器3的控制电压V(t)同步，然后进入的光纤偏振控制器22，经输出一个满足电光调制要求的偏振态，这个延时和偏振调整后的偏振光进入电光调制器23，电光调制器23在同步电压信号控制下，产生所需要的频率啁啾，然后进入光放大器24进行功率补偿，以便补偿由可调光延迟器21、光纤偏振控制器22以及电光调制器23所形成的损耗。由于多组所述调制模块2采用级联的方式进行连接，因此，每组所述调制模块2的工作原理与第一组调制模块2的工作原理相同。
设每一级电光调制器23的控制电压为V(t)，由于单个电光调制器23被调制后产生的相移为
Figure GDA0003567243440000031
式中，Vπ为调制器的半波电压，所以对应的频偏为
Figure GDA0003567243440000032
如果控制电压的时间函数为
Figure GDA0003567243440000033
式中V0为一个常数，a为系数，当V0t＝Vπ时，那么得到的频移为，Δω＝aπ。这样，每一级就可以得到Δω＝aπ的线性调频(线性啁啾)。调节系数a的大小就可以调节每一级频率啁啾的范围。这样，当有N级调制模块级联时，可以获得Δω＝Naπ的大范围啁啾。
分配到每一级的控制电压，相对也要延时。以确保每一级调制的时候，调制信号与到达的光信号同步。在调节同步和功率一致的条件下，就可以获得Δω＝Naπ的大啁啾。所以增加几级，就可以使啁啾扩大几倍。
同步信号发生器是一个函数发生器，根据级联级数的要求，有N个电压信号输出端口，其中第i个端口(i＝1,2,3...,N)的输出电压为
Figure GDA0003567243440000041
式中，i是级联的第i级的序号，t是时间。上式表明，在第i级需要控制的时间段，产生一个延时的平方律电压，其他时间内电压为0,参数a根据需要确定。
本发明可以成倍的增加频移的范围，产生大的啁啾，可以用于扩展频谱的通信，也可以用于大范围的φ-OTDR，增加测量范围，取得更好的效果。
进一步的，所述可调光延迟器21包括输入自聚焦透镜211、输出自聚焦透镜212和直角棱镜213，所述输入自聚焦透镜211和所述输出自聚焦透镜212均位于所述直角棱镜213同侧，且所述输入自聚焦透镜211和所述输出自聚焦透镜212平行设置。
在本实施方式中，可调光延迟器21是一个由一个直角全反射棱镜组成的光纤延迟器，是一个由两个自聚焦透镜中间的一段空气隙组成的平行光路；如图3所示，包括一个输入自聚焦透镜211，一个输出自聚焦透镜212和一个直角棱镜213，它们分别安装在微调架上，移动两只自聚焦透镜与直角棱镜之间的距离，就可以调节其延迟时间。
进一步的，所述光纤偏振控制器22为手动偏振控制器或电动偏振控制器中的任一种。
在本实施方式中，偏振控制器是由3个光纤环组成的手动偏振控制器，和挤压光纤式的电动偏振控制器之中的任何一种，每个偏振控制器，可以将任意输入的偏振态调整为电光调制器所需要的偏振态，以便获得最大的调制效率。进一步的，手动偏振控制器为基于3个光纤环的偏振控制器；电动偏振控制器为挤压光纤式的偏振控制器。
进一步的，所述电光调制器23为基于铌酸锂晶体的电光调制器23。
在本实施方式中，所述电光调制器23为基于铌酸锂晶体的电光调制器23，该种调制器具有调制电压小、调制速率快的优点，而且其调制特性在小范围内可以视为线性调制，其相位的变化与施加在调制器上的电压成正比。只要电压信号符合要求，调制出的光信号的啁啾就可以满足要求。
进一步的，所述光放大器24为掺铒光纤放大器或半导体光放大器24中的任一种。
在本实施方式中，所述光放大器24为掺铒光纤放大器(EDFA)或半导体光放大器24(SOA)中的任一种，掺铒光纤放大器是一种常用的光放大器，具有调制波长范围款小信号增益大等优点，可以不失真的补偿由电光调制器所带来的损耗，以便下一级调制模块继续进行调制；半导体光放大器还可以用来进行相位调控。
本发明的一种产生大啁啾的级联光调制器，激光器1发出的相干性很好的激光，达到一组级联的调制模块2，在每一级调制模块2中，进入的激光首先经过一个可调光延迟器21调整延迟时间，以确保和由同步电压信号发生器3的控制电压V(t)同步，然后进入的光纤偏振控制器22，输出一个满足电光调制要求的偏振态，这个延时和偏振调整后的偏振光进入电光调制器23，电光调制器23在同步电压信号控制下，产生所需要的频率啁啾，然后进入光放大器24进行功率补偿，以便补偿由可调光延迟器21、光纤偏振控制器22以及电光调制器23所形成的损耗，以便下一级调制模块使用。最终解决调制电压与频率啁啾之间的矛盾。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种产生大啁啾的级联光调制器，其特征在于，
所述产生大啁啾的级联光调制器包括一个激光器、级联的多组调制模块和同步电压信号发生器，所述激光器与级联的多组所述调制模块经过光纤连接，所述同步电压信号发生器与级联的多组所述调制模块通过电信号连接；每一级所述的调制模块均包括一个可调光延迟器、一个光纤偏振控制器、一个电光调制器和一个光放大器，所述可调光延迟器、所述光纤偏振控制器、所述电光调制器和所述光放大器依次用光纤连接，可调光延迟器用于延迟输入的激光，以确保延迟后的激光和由同步电压信号发生器输出的相应的控制电压同步，同步电压信号发生器是一个函数发生器，根据级联调制模块的级数的要求，有N个电压信号输出端口，其中第i个端口的输出电压为
Figure FDA0003567243430000011
i＝1,2,3...,N，V0为常数，a为系数，Vπ为调制器的半波电压。
2.如权利要求1所述的产生大啁啾的级联光调制器，其特征在于，
所述可调光延迟器包括输入自聚焦透镜、输出自聚焦透镜和直角棱镜，所述输入自聚焦透镜和所述输出自聚焦透镜均位于所述直角棱镜同侧，且所述输入自聚焦透镜和所述输出自聚焦透镜平行设置。
3.如权利要求1所述的产生大啁啾的级联光调制器，其特征在于，
所述光纤偏振控制器为手动偏振控制器或电动偏振控制器中的任一种。
4.如权利要求1所述的产生大啁啾的级联光调制器，其特征在于，
所述电光调制器为基于铌酸锂晶体的电光调制器。
5.如权利要求1所述的产生大啁啾的级联光调制器，其特征在于，
所述光放大器为掺铒光纤放大器或半导体光放大器中的任一种。
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