CN114826403B - 一种基于多芯光纤的多路光延时系统 - Google Patents

一种基于多芯光纤的多路光延时系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于多芯光纤的多路光延时系统，包括：阵列光发射及复用模块，用于产生经过复用的多波长光载波；延时及解复用模块，包括多芯光纤(4)和解复用组件(5)；多芯光纤用于产生多路延时；解复用组件用于将特定波长的光信号从经过复用的多波长光载波的总信号中解复用，并输出至下级，同时将剩余波长的光信号回传至多芯光纤，再次延时；阵列光接收模块，用于调整光信号的输出强度，并将光信号转换成电信号输出。本发明通过调整多芯光纤的长度及纤芯数量可获得不同的分路数量与延时量。本发明具有体积小、延时量大、支持多路延时的优势。

Description

一种基于多芯光纤的多路光延时系统
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于多芯光纤的多路光延时系统。
背景技术
光延时在光缓存、信号远距离传输、雷达组网、光纤授时、时频传递系统中应用广泛。现有的光延时线主要分为片上延时线与光纤延时线两种。其中片上延时线设计灵活，结构多样，但受到波导损耗与芯片规模的限制，无法实现大延时量的光延时。而传统的光纤延时线损耗低，可实现大延时量的延时，但是很难实现大延时量、小体积的多路延时。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本发明提供了一种分支型腔半导体可调谐激光器及制备方法，用于至少部分解决传统可调谐激光器可调谐范围小、成本高等技术问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种基于多芯光纤的多路光延时系统，包括：阵列光发射及复用模块，用于产生经过复用的多波长光载波；延时及解复用模块，包括多芯光纤4和解复用组件5；多芯光纤用于产生多路延时；解复用组件用于将特定波长的光信号从经过复用的多波长光载波的总信号中解复用，并输出至下级，同时将剩余波长的光信号回传至多芯光纤，再次延时；阵列光接收模块，用于调整光信号的输出强度，并将光信号转换成电信号输出。
进一步地，阵列光发射及复用模块包括：多波长阵列激光器1，用于产生具有一定波长间隔，可复用的一系列光载波；阵列调制器2，用于将微波信号加载到光载波上；阵列波导光栅3，用于将多路不同波长的光载波合束为一路。
进一步地，多波长阵列激光器1为分布布拉格反射激光器或分布反馈激光器。
进一步地，阵列调制器2为铌酸锂马赫曾德强度调制器。
进一步地，延时及解复用模块还包括：至少一个光放大器6，用于补偿传输过程中产生的损耗。
进一步地，多芯光纤4为多芯单模光纤，其两端各包括一组扇入扇出组件。
进一步地，解复用组件5包括上下臂微环谐振器、光纤布拉格光栅加环形器。
进一步地，解复用组件5中还包括可调谐结构，包括可热光调谐的微环谐振器。
进一步地，阵列光接收模块包括：可调光衰减器阵列7，用于调整各路输出光信号的强度；阵列光探测器8，用于将每路光信号转换成电信号并输出。
进一步地，阵列调制器2、阵列波导光栅3、多芯光纤4中的纤芯、解复用组件5、可调光衰减器阵列7、阵列光探测器8的数量与多波长阵列激光器1的数量相等。
(三)有益效果
本发明实施例提供的一种基于多芯光纤的多路光延时系统，利用多芯光纤，通过使光信号在多芯光纤中反复传输，使同体积下的光延时量为传统单模光纤延时线的数倍，大大增加了延时系统的延时量；利用波分复用技术，将多路待延时的信号压缩进一路信号中，实现小体积的多路延时。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例一种基于多芯光纤的多路光延时系统的结构示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例中一个具体实施方式示意图。
附图标记说明：
1-多波长阵列激光器；
2-阵列调制器；
3-阵列波导光栅；
4-多芯光纤；
5-解复用组件；
6-光放大器；
7-可调光衰减器阵列；
8-阵列光探测器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本公开的实施例提供了一种基于多芯光纤的多路光延时系统，请参见图1，包括：阵列光发射及复用模块，用于产生经过复用的多波长光载波；延时及解复用模块，包括多芯光纤4和解复用组件5；多芯光纤用于产生多路延时；解复用组件用于将特定波长的光信号从经过复用的多波长光载波的总信号中解复用，并输出至下级，同时将剩余波长的光信号回传至多芯光纤，再次延时；阵列光接收模块，用于调整光信号的输出强度，并将光信号转换成电信号输出。
该多路光延时系统由阵列光发射及复用模块、延时及解复用模块和阵列光接收模块组成。由阵列光发射及复用模块产生经过复用的多波长光载波，通过延时及解复用模块产生分路延时，后进入阵列接收模块进行功率调整与电信号输出。通过调整多芯光纤的长度及纤芯数量可获得不同的分路数量与延时量。多芯光纤(MCF)及扇入扇出组件4，用于产生多路延时；解复用组件5，用于将特定波长的光信号从总信号中解复用并输出至下级，同时将剩余波长的光信号回传到4多芯光纤及扇入扇出组件。
在上述实施例的基础上，阵列光发射及复用模块包括：多波长阵列激光器1，用于产生具有一定波长间隔，可复用的一系列光载波；阵列调制器2，用于将微波信号加载到光载波上；阵列波导光栅3，用于将多路不同波长的光载波合束为一路。
该多路光延时系统首先由多波长阵列激光器1产生波长为λ1、λ2、λ3、…λn的一系列光载波，通过阵列调制器2进行调制，将电信号加载到各个光载波上，后经过阵列波导光栅3，将多个波长的光载波合束，完成多路光载波的复用。阵列波导光栅3的工作波长与各激光器的中心波长一一对应。
在上述实施例的基础上，多波长阵列激光器1为分布布拉格反射激光器或分布反馈激光器。
多波长阵列激光器1用于产生具有一定波长间隔，可复用的一系列光载波，可使用分布布拉格反射(DBR)激光器或分布反馈式(DFB)激光器。DBR激光器与DFB激光器具有工作波长稳定、线宽窄、可调谐等优点，常用作长距离激光通信系统与波分复用系统的光源。工作波段为O波段(中心波长1310nm)或C波段(中心波长1550nm)。
在上述实施例的基础上，阵列调制器2为铌酸锂马赫曾德强度调制器。
阵列调制器2用于将待延时的微波信号加载到光载波上。铌酸锂马赫曾德强度调制器具有线性度好、带宽大、消光比高的优点，用于该多路光延时系统，具有提高带宽和增加信噪比的技术效果。
在上述实施例的基础上，延时及解复用模块还包括：至少一个光放大器6，用于补偿传输过程中产生的损耗。
该链路存在较大的光损耗，主要包括：光纤及各器件的传输损耗、各器件之间对接的耦合损耗，以及各器件的本征损耗。由于级联器件多，传输距离远，导致系统中会存在较大的光损耗，所以需要加入光放大器6用于补偿损耗，使得信号强度不会过低。光放大器6可以为掺铒光纤放大器(EDFA)，或半导体光放大器(SOA)。可根据传输损耗的实际情况，在4和5之间加入一个或多个光放大器。
在上述实施例的基础上，多芯光纤4为多芯单模光纤，其两端各包括一组扇入扇出组件。
多芯光纤及扇入扇出组件中的多芯光纤为多芯单模光纤，扇入扇出组件在多芯光纤两端各一组，将多芯光纤的每个纤芯引出至一根单模光纤。多芯光纤的长度由所需延时量决定。
在上述实施例的基础上，解复用组件5包括上下臂微环谐振器、光纤布拉格光栅加环形器。
解复用组件5的功能为：在含有多个波长的光载波中，将一个特定波长的光载波与其他波长的光载波分束。可以但不限于使用上下臂微环谐振器、光纤布拉格光栅加环形器实现上述功能。解复用器的工作波长与各激光器的中心波长一一对应。
在上述实施例的基础上，解复用组件5中还包括可调谐结构，包括可热光调谐的微环谐振器。
解复用组件5中需加入可调谐的结构，如使用可热光调谐的微环谐振器，保证各个解复用器的中心波长与多波长阵列激光器1中各激光器的中心波长严格对应。
在上述实施例的基础上，阵列光接收模块包括：可调光衰减器阵列7，用于调整各路输出光信号的强度；阵列光探测器8，用于将每路光信号转换成电信号并输出。
可调光衰减器阵列7均为横向pn掺杂的硅基波导型可调光衰减器，阵列光探测器8均为InP基的p-i-n光电二极管，数量与多波长阵列激光器1的数量相等。各路信号间的强度关系由可调光衰减器阵列7调整。经过衰减后输出至阵列光探测器8，转换为带有1～n次延时的电信号。
在上述实施例的基础上，阵列调制器2、阵列波导光栅3、多芯光纤4中的纤芯、解复用组件5、可调光衰减器阵列7、阵列光探测器8的数量与多波长阵列激光器1的数量相等。
多波长阵列激光器1的数量与所需延时分路的数量相等，多波长阵列激光器1、阵列调制器2、阵列波导光栅3所组成的阵列光发射及复用模块需整体封装在同一管壳中，可调光衰减器阵列7、阵列光探测器8所组成的阵列光接收模块需整体封装在同一管壳中。除光放大器6外，其它器件的数量与波长均是一一对应的关系，因此，其它器件的数量是一样的。
该多路光延时系统的完整工作过程为：首先由多波长阵列激光器1产生波长为λ1、λ2、λ3、…λn的一系列光载波，通过阵列调制器2进行调制，将电信号加载到各个光载波上，后经过阵列波导光栅，将多个波长的光载波合束，完成多路光载波的复用。复用后的光载波进入多芯光纤4中的第1个纤芯c1，在经过c1后，进入解复用组件5中的第1个解复用器d1，将波长为λ1的光载波从总载波中分离出来输出至可调光衰减器阵列7，经过衰减后输出至阵列光探测器8，转换为带有1次延时的电信号。将波长为λ1的光载波分离后，其余的光输出至多芯光纤4中的第2个纤芯c2，在经过c2后，进入解复用组件5中的第二个解复用器d2，将波长为λ2的光载波从总载波中分离出来输出至可调光衰减器阵列7，经过衰减后输出至阵列光探测器8，转换为带有2次延时的电信号。重复n次上述过程，最终形成n个分别具有1至n次延时的信号，实现多路延时。在由于损耗导致探测能力不足时，可在多芯光纤4与解复用组件5之间加入一个或多个光放大器6以增强光载波的功率。各路信号间的强度关系由可调光衰减器阵列7调整。
下面以一具体实施例介绍本发明基于多芯光纤的多路光延时系统。
多波长阵列激光器1中包含10个DFB激光器，波长分别为：1542.14nm、1543.73nm、1545.73nm、1546.92nm、1548.51nm、1550.12nm、1551.72nm、1553.33nm、1554.94nm、1556.55nm。
阵列调制器2中包含10个铌酸锂马赫曾德强度调制器。
阵列波导光栅(AWG)3为一个10波导的AWG，工作波长与多波长阵列激光器1中的10支激光器的中心波长一一对应。
多芯光纤(MCF)4为一个1km，10芯的多芯光纤及其扇入扇出组件，纤芯的相对折射率为1.445。
解复用组件5为由光纤布拉格光栅与环形器组成的解复用器，其中各个光纤布拉格光栅的中心反射波长与多波长阵列激光器1中10支激光器的中心波长一一对应。光在输入光纤布拉格光栅后会将对应波长的光反射至环形器，其余的光则进入多芯光纤4，同时加入压电陶瓷，通过改变压电陶瓷的电压调节光纤布拉格光栅的长度，进而调整其中心波长至与多波长阵列激光器1总好过激光器的中心波长严格一致，从而完成解复用组件的功能。本部分可以但不限于使用可调谐的上下臂微环谐振器之类同时具有分束与滤波效果的器件替代，也可以实现相应功能。
光放大器6为掺铒光纤放大器EDFA，置于第5路。本部分的EDFA可替换为半导体光放大器，同时其位置可在任一路的对应位置，数量也没有限制。
可调光衰减器阵列7(VOA)为横向pn掺杂的硅基波导型可调光衰减器阵列。
阵列光探测器8为InP基的p-i-n光电二极管阵列。
本实施例中，多波长阵列激光器1、阵列调制器2、阵列波导光栅3所组成的阵列光发射及复用模块需整体封装在同一管壳中，可调光衰减器阵列7、阵列光探测器8所组成的阵列光接收模块需整体封装在同一管壳中。
上述系统可完成多路光延时系统的10路光延时，根据多芯光纤4的长度及纤芯折射率可计算每一路延时量，具体为：
Δτ＝nl/c
其中，Δτ为经过一次多芯光纤产生的延时量，n为多芯光纤的纤芯折射率，取1.445，l为多芯光纤的长度，取1000m，c为光速，取299792458m/s。计算得Δτ＝4.823μs。则每一路输出的延时分别为1Δτ、2Δτ、......10Δτ。
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 (10)

1.一种基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，包括：
阵列光发射及复用模块，用于产生经过复用的多波长光载波；
延时及解复用模块，包括多芯光纤(4)和解复用组件(5)；所述多芯光纤用于产生多路延时；所述解复用组件用于将特定波长的光信号从所述经过复用的多波长光载波的总信号中解复用，并输出至下级，同时将剩余波长的光信号回传至所述多芯光纤，再次延时；
阵列光接收模块，用于调整所述光信号的输出强度，并将所述光信号转换成电信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述阵列光发射及复用模块包括：
多波长阵列激光器(1)，用于产生具有一定波长间隔，可复用的一系列光载波；
阵列调制器(2)，用于将微波信号加载到光载波上；
阵列波导光栅(3)，用于将多路不同波长的光载波合束为一路。
3.根据权利要求2所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述多波长阵列激光器(1)为分布布拉格反射激光器或分布反馈激光器。
4.根据权利要求2所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述阵列调制器(2)为铌酸锂马赫曾德强度调制器。
5.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述延时及解复用模块还包括：至少一个光放大器(6)，用于补偿传输过程中产生的损耗。
6.根据权利要求5所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述多芯光纤(4)为多芯单模光纤，其两端各包括一组扇入扇出组件。
7.根据权利要求5所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述解复用组件(5)包括上下臂微环谐振器、光纤布拉格光栅加环形器。
8.根据权利要求7所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述解复用组件(5)中还包括可调谐结构，包括可热光调谐的微环谐振器。
9.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述阵列光接收模块包括：
可调光衰减器阵列(7)，用于调整各路输出光信号的强度；
阵列光探测器(8)，用于将每路光信号转换成电信号并输出。
10.根据权利要求2所述的基于多芯光纤的多路光延时系统，其特征在于，所述阵列调制器(2)、阵列波导光栅(3)、多芯光纤(4)中的纤芯、解复用组件(5)、可调光衰减器阵列(7)、阵列光探测器(8)的数量与所述多波长阵列激光器(1)的数量相等。
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