CN114189279A - 光学色散延时可控系统 - Google Patents

光学色散延时可控系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114189279A
CN114189279A CN202111334845.0A CN202111334845A CN114189279A CN 114189279 A CN114189279 A CN 114189279A CN 202111334845 A CN202111334845 A CN 202111334845A CN 114189279 A CN114189279 A CN 114189279A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
delay
optical fiber
port
dispersion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111334845.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114189279B (zh
Inventor
周勇
王洋洋
高伟清
马晓辉
张维
方文坛
陈小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN202111334845.0A priority Critical patent/CN114189279B/zh
Publication of CN114189279A publication Critical patent/CN114189279A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114189279B publication Critical patent/CN114189279B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/071—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using a reflected signal, e.g. using optical time domain reflectometers [OTDR]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开的是光学色散延时可控系统的设计，具体装置结构包括：光耦合器、光电探测器(PD)、控制芯片、一对光纤反射镜、两个光开关、光纤延时线，激光脉冲进入耦合器分成运转光和触发光，运转光进入延时光纤，触发光进入光电探测器(PD)中产生电信号触发控制芯片，控制芯片给第一光开关施加控制信号，使得运转光在光纤反射镜间循环运转，最后再通过控制芯片给第二光开关施加信号控制运转光输出实现延时效果。基于本发明不仅可以实现激光脉冲在光纤中延时的精确控制，而且可以用于展宽光脉冲。基于光纤传输的延时可控系统在雷达、导航通信等领域应用广泛，克服了传统延迟系统在实现手段的瓶颈。

Description

光学色散延时可控系统
技术领域
本发明涉及激光操控的技术领域，特别涉及到光学色散延时可控系统。
背景技术
随着光纤通信的飞速发展，因光纤延时具有信号传输不受电磁环境干扰、频带宽、延时范围大、温度变化率小的特点，逐渐成为射频、中频段延迟信号的更理想的选择。
此延时系统具有高抗干扰性和高可靠性、稳定性高的特点，随着光纤技术的快速发展和工艺的逐渐成熟，基于光纤传输的延时色散系统应用将越来越广泛和实用。
因此，本发明主要是对激光延时及色散控制的设计，通过控制芯片对于光开关的控制使得激光在谐振腔内传播一定距离之后输出达到色散延时可控的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学色散延时可控系统，通过控制芯片对于关开关的控制使得激光在谐振腔内传播一定距离之后输出达到色散延时可控的效果。
具体是通过如下方案实现的：光学色散延时可控系统，包括用于输入激光脉冲的光耦合器，光耦合器将输入的脉冲激光分成运转光和触发光；包括依次设置的第一光纤反射镜、第一光开关、光纤延时线、第二光开关和第二光纤反射镜组成的循环运转通路，第一光开关和第二光开关均具有第一端口、第二端口和第三端口；第一光开关的起始阶段处于第一端口和第二端口直通状态，第二光开关起始阶段处于第一端口和第三端口直通状态，运转光通过第一光开关的第二端口进入循环运转通路；触发光进入光电探测器并产生电信号触发控制芯片，控制芯片经过延时量τ1给第一光开关施加控制信号，使第一光开关的第一端口和第三端口直通，使运转光在第一光开关、光纤延时线、第二光开关、第一光纤反射镜和第二光纤反射镜间循环运转；控制芯片经过延时量τ2给第二光开关施加控制信号，使第二光开关的第一端口和第二端口直通，此时运转光将通过第二光开关的第二端口输出系统，实现激光脉冲的可控延时。
在光纤传输中，传输的光信号包含不同的频率或模式成分，不同频率或模式的光在光纤中的传播速度不同，导致在信号接收端信号出现脉冲展宽、码间互扰等失真的现象就是色散。色散分为材料色散、模式色散和波导色散，材料色散是介质本身材料引起的，由于光纤材料石英玻璃对不同光频的折射率不同，而光源具有一定的光谱宽度，不同的光频引起的群速率也不同，从而造成了光脉冲的展宽；模式色散是介质中不同模式的光由于传输路径不同导致其最终到达的时间不同所引起；波导色散则是由光纤包层和纤芯折射率不同，导致少量光损耗进入包层后又返回纤芯所引起。本发明用到的光纤传输单种模式的光信号，所以模式色散不考虑。
进一步地，当所有光纤器件尾纤长度相对于延时光纤可忽略不计时，控制芯片产生的延时量(τ1)应满足
Figure BDA0003350201880000021
其中L为延时光纤长度，n为光纤折射率，c为光速。光纤的色散特性使光纤中光波的传输速度因波长不同而发生差异，因此在通过相同距离的光纤后产生了延时。
根据光信号在光纤中的传输理论可得
Figure BDA0003350201880000022
式中t为传输时间，L为光纤长度，n为光纤折射率，c为光在真空中传播的速度。
光信号在真空中，折射率为1，其光速为c＝3×108m/s；当光信号在光纤里面传播，其介质折射自率为n，光在其中的速度就降为v＝c/n；光纤的材料是二氧化硅，其折射率n为1.44左右，光纤中的光信号传输速度近似为v＝c/1.44＝2.08×108m/s，1m的单模光纤时延4.8ns。
进一步地，系统提供的可控光学延时量为
Figure BDA0003350201880000023
其中k为大于0的正整数，为实现该光学延时量控制，控制芯片产生的延时量τ2应当满足
Figure BDA0003350201880000024
其中L为光纤延时线长度，n为光纤折射率，c为光速。
进一步地，当延时光纤具有一定色散系数D，系统的可控光色散展宽补偿量为Δτ＝(2k+1)LΔλ*D，其中k为大于0的正整数，Δλ为入射光的光谱宽度，控制芯片产生的色散展宽量(τ2)应满足
Figure BDA0003350201880000025
进一步地，在控制芯片响应速度内，可以通过改变光纤延时线长度调节系统光学延时和脉冲色散展宽精度。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.相较于传统环形缓存器来实现延时的方法，本发明更能通过控制芯片控制激光脉冲在光纤延时线中循环的次数实现对脉冲延时的精准控制。
2.延时系统是基于光纤传输的，光纤延时具有信号传输不受电磁环境干扰、频带宽、延时范围大、温度变化率小的优点。
3.通过较短的光纤延时线实现较大的色散延时量，离散可调，精度高。
附图说明
图1为本发明系统装置示意图。
图2为单模光纤延时控制示意图。
图3为DCF光纤色散展宽控制示意图。
具体实施方式
本实施方式以利用普通单模光纤和长飞公司出售的色散补偿光纤G.652C波段色散补偿光纤(DCF光纤)结合光学色散延时可控系统为例。
如图1所示，装置结构由光耦合器，光电探测器(PD)，控制芯片，一对光纤反射镜(第一光纤反射镜和第二光纤反射镜)，两个光开关(第一光开关和第二光开关，第一光开关和第二光开关均具有第一端口、第二端口和第三端口，对应图1所示的1、2、3)，光纤延时线组成；光耦合器耦合比例选用99：1，输出百分之一的脉冲信号经PD触发控制芯片；光纤反射镜皆采用镀膜全反镜，近似看作激光在腔内全反射，忽略此处损耗；光开关用1×2光开关。控制脉冲延时使用普通单模光纤，控制色散对脉冲进行展宽时用DCF光纤。
掺饵锁模光纤激光器输出的1550nm激光脉冲经过99:1的光耦合器，百分之一光信号作为触发光通过PD触发控制芯片，控制芯片经过τ1的延时量对第一光开关施加控制信号，使第一光开关的第一和第三端口直通，τ1应当满足
Figure BDA0003350201880000031
本发明控制脉冲延时量以普通单模光纤为例，仅考虑光纤长度，由光信号在光纤中传输理论可得延时与光纤长度成正比，应用不同长度单模光纤的延时调节精度记为t1。
本发明控制色散展宽量用到的DCF光纤以长飞公司出售的色散补偿光纤G.652C波段色散补偿光纤为例，传输1550nm的激光时，色散系数D＝135ps/(nm·km)，激光脉冲谱宽Δλ＝6nm，基于系统可控光色散展宽量公式Δτ＝(2k+1)LΔλ*D(其中k为大于0的正整数)。
上述提到可控延时及色散展宽精度如表1所示。
Figure BDA0003350201880000041
表1
此设计控制延时用普通单模光纤即可，传统的光纤延时线中其延时是因材料折射率问题，仅与介质的长度有关。控制光色散量展宽脉冲时则没有考虑由介质长度引起的延时部分，完全是由两个不同波长的激光在色散介质中的群速度不同而引起的。根据光色散展宽量的定义式可知，光色散展宽量的大小与色散介质的长度、色散介质的色散系数和激光脉冲谱宽有关且成正比关系，可以选择通过改变激光脉冲谱宽来实现色散展宽量的可调谐，随着谱宽的增大，色散展宽量也逐渐增大；如果确定了激光脉冲，可以通过减小DCF光纤长度来进一步提高色散控制精度。
表1中可以看出，以普通单模光纤作为延时线，延时精度可达到1μs级别；以0.1kmDCF光纤作为延时线，控制色散量用延时表示可达到0.1ns级别。图2表示激光脉冲经过一段单模光纤延时情况，延时量为t1，图3表示脉冲经过DCF光纤受色散特性影响得到的脉冲展宽情况，色散展宽量为Δτ。
控制芯片速度是指在控制芯片内部实现某个具体的逻辑功能之后，其同步电路的时钟最快能到多少。目前控制芯片的频率大概能GHz级别，按照1GHz来算，时钟频率Tmax＝1/Fmax，时钟延时最少可缩短至1ns，所以考虑控制芯片的延时误差，此装置可以实现ns级别的延时量控制。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.光学色散延时可控系统，其特征在于：
包括用于输入激光脉冲的光耦合器，光耦合器将输入的脉冲激光分成运转光和触发光；
包括依次设置的第一光纤反射镜、第一光开关、光纤延时线、第二光开关和第二光纤反射镜组成的循环运转通路，第一光开关和第二光开关均具有第一端口、第二端口和第三端口；
第一光开关的起始阶段处于第一端口和第二端口直通状态，第二光开关起始阶段处于第一端口和第三端口直通状态，运转光通过第一光开关的第二端口进入循环运转通路；
触发光进入光电探测器并产生电信号触发控制芯片，控制芯片经过延时量τ1给第一光开关施加控制信号，使第一光开关的第一端口和第三端口直通，使运转光在第一光开关、光纤延时线、第二光开关、第一光纤反射镜和第二光纤反射镜间循环运转；
控制芯片经过延时量τ2给第二光开关施加控制信号，使第二光开关的第一端口和第二端口直通，此时运转光将通过第二光开关的第二端口输出系统，实现激光脉冲的可控延时。
2.根据权利要求1所述的光学色散延时可控系统，其特征在于：当所有光纤器件尾纤长度相对于光纤延时线忽略不计时，控制芯片产生的延时量τ1应当满足
Figure FDA0003350201870000011
其中L为光纤延时线长度，n为光纤折射率，c为光速。
3.根据权利要求1所述的光学色散延时可控系统，其特征在于：系统提供的可控光学延时量为
Figure FDA0003350201870000012
其中k为大于0的正整数，为实现该光学延时量控制，控制芯片产生的延时量τ2应当满足
Figure FDA0003350201870000013
其中L为光纤延时线长度，n为光纤折射率，c为光速。
4.根据权利要求1所述的光学色散延时可控系统，其特征在于：当延时光纤线具有一定色散系数D，系统对入射脉冲光提供的可控光色散展宽量为Δτ＝(2k+1)LΔλ*D，其中k为大于0的正整数，Δλ为入射光的光谱宽度，控制芯片产生的色散展宽量τ2应当满足
Figure FDA0003350201870000014
其中L为光纤延时线长度，n为光纤折射率，c为光速。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光学色散延时可控系统的设计，其特征在于：在控制芯片响应速度内，可以通过改变光纤延时线长度调节系统光学延时和脉冲色散展宽精度。
CN202111334845.0A 2021-11-11 2021-11-11 光学色散延时可控系统 Active CN114189279B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111334845.0A CN114189279B (zh) 2021-11-11 2021-11-11 光学色散延时可控系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111334845.0A CN114189279B (zh) 2021-11-11 2021-11-11 光学色散延时可控系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114189279A true CN114189279A (zh) 2022-03-15
CN114189279B CN114189279B (zh) 2023-06-13

Family

ID=80601536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111334845.0A Active CN114189279B (zh) 2021-11-11 2021-11-11 光学色散延时可控系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114189279B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4653042A (en) * 1983-10-25 1987-03-24 Thomson-Csf Device for storing information in an optical fiber transmission system
US20040076373A1 (en) * 2001-01-10 2004-04-22 Blow Keith James Optical pulse regenerating transmission lines
US7146069B1 (en) * 2003-06-05 2006-12-05 Calient Networks, Inc. Optical system for selectable delay
US20090052011A1 (en) * 2005-03-17 2009-02-26 Alexander Gaeta All-optical, continuously tunable, pulse delay generator using wavelength conversion and dispersion
US8170384B1 (en) * 2008-03-10 2012-05-01 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Hybrid photonic signal processing modules
CN103197384A (zh) * 2013-04-03 2013-07-10 上海航天测控通信研究所 一种多次循环的光信号延迟装置
CN107124229A (zh) * 2017-03-25 2017-09-01 西安电子科技大学 一种基于微波光子循环频移的射频信号任意延时装置及方法
WO2021059003A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 Uab „Ekspla“ Method for generating gigahertz bursts of pulses and laser apparatus thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4653042A (en) * 1983-10-25 1987-03-24 Thomson-Csf Device for storing information in an optical fiber transmission system
US20040076373A1 (en) * 2001-01-10 2004-04-22 Blow Keith James Optical pulse regenerating transmission lines
US7146069B1 (en) * 2003-06-05 2006-12-05 Calient Networks, Inc. Optical system for selectable delay
US20090052011A1 (en) * 2005-03-17 2009-02-26 Alexander Gaeta All-optical, continuously tunable, pulse delay generator using wavelength conversion and dispersion
US8170384B1 (en) * 2008-03-10 2012-05-01 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Hybrid photonic signal processing modules
CN103197384A (zh) * 2013-04-03 2013-07-10 上海航天测控通信研究所 一种多次循环的光信号延迟装置
CN107124229A (zh) * 2017-03-25 2017-09-01 西安电子科技大学 一种基于微波光子循环频移的射频信号任意延时装置及方法
WO2021059003A1 (en) * 2019-09-26 2021-04-01 Uab „Ekspla“ Method for generating gigahertz bursts of pulses and laser apparatus thereof

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAHARU HOSHIKAWA: "Highly repetitive low-coherence interferometry with time-stretch technique", 《PROC.SPIE 11056,OPTICAL MEASUREMENT SYSTEMS FOR INDUSTRIAL INSPECTION XI，1105644》 *
张春熹等: "光纤延迟线应用研究动态", 《中国激光》 *
张春熹等: "光纤延迟线应用研究动态", 《中国激光》, no. 09, 10 September 2009 (2009-09-10), pages 28 - 38 *
易武秀: "光时分复用超高速光通信技术", 《光通信研究》 *
易武秀: "光时分复用超高速光通信技术", 《光通信研究》, no. 03, 30 September 1996 (1996-09-30), pages 55 - 62 *
李冠鹏等: "用于雷达回波仿真的小型化微波光纤延迟线", 《光学精密工程》 *
李冠鹏等: "用于雷达回波仿真的小型化微波光纤延迟线", 《光学精密工程》, no. 05, 15 May 2017 (2017-05-15), pages 93 - 99 *
郝运: "可调式微波光延迟线的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》 *
郝运: "可调式微波光延迟线的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》, 15 October 2018 (2018-10-15), pages 136 - 224 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114189279B (zh) 2023-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wilner et al. Fiber-optic delay lines for microwave signal processing
US4261639A (en) Optical pulse equalization in single-mode fibers
US6055081A (en) Chromatic dispersion compensator and chromatic dispersion compensating optical communication system
JPH07202798A (ja) 光通信システム
US20200110220A1 (en) Optical dispersion compensator on silicon
US6999659B1 (en) Fiber transmission element for generating a chromatic dispersion
CN114189279B (zh) 光学色散延时可控系统
CN113131315A (zh) 一种光脉冲展宽方法
US10126629B1 (en) Optical dispersion compensator on silicon
CA2676482C (en) Method and system for dynamic dispersion compensation
CN102608706B (zh) 一种基于lcos的可调色散补偿装置
EP1087548B1 (en) Use of mode-coupled optical fiber in communications systems
US6859320B2 (en) Dispersion compensation using resonant cavities
US20110076023A1 (en) Multichannel tunable optical dispersion compensator
CN202351455U (zh) 基于对称啁啾光纤光栅的无方向色散补偿器
US20230246714A1 (en) Optical transceiver
JPH08316912A (ja) 波長分散補償器および波長分散補償光通信システム
KR100366486B1 (ko) 하나의 편광 빛 스플리터를 사용한 편광 모드 분산 보상기
JPH0854525A (ja) ファイバ型分散補償装置
JP2001021848A (ja) 偏波分散補償回路
JP2001313607A (ja) 分散補償器
Chong et al. Design of Fiber Delay Line Based on Fiber Grating Cascade Structure
JP3209300B2 (ja) 分散補償用光回路
CN1383007A (zh) 基于啁啾波导光栅的色散补偿器
CN111751928A (zh) 一种光衰减器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant