CN114923563A - 一种低功耗紧凑型外差声光调制模块 - Google Patents

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吴中超
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Abstract

本发明公开了一种低功耗紧凑型外差声光调制模块，激光器输出的连续光接耦合器Ⅰ，耦合器Ⅰ分出的两路光信号接两路光纤声光调制器，两路光纤声光调制器调制成的两路脉冲光通过耦合器Ⅱ耦合为一路光输出；两路光纤声光调制器共用一个驱动器，驱动器包括调制电路，调制输入信号通过脉冲整形电路接调制电路的输入，外部时钟通过振荡电路接入调制电路，以提供调制电路的时钟信号；调制电路的两路输出分别通过延时电路和功放电路输出需要的射频信号，两路射频信号对应接两路光纤声光调制器。本发明通过控制两路AOM相对于触发信号的衍射来调节脉冲之间的相对延时，具有功耗低、损耗小、延时任意可调、精度高、结构紧凑等优点。

Description

一种低功耗紧凑型外差声光调制模块
技术领域
本发明涉及水听器，具体涉及一种光纤水听器中外差声光调制模块，属于光纤水听器、光纤分布式传感技术领域。
背景技术
水声探测技术在海洋观测和水下目标探测中占有非常重要的地位，声波尤其是低频声波在水中的衰减较小，是水中信息传递的主要载体。水听器作为水中的声音传感器，在以声音为信息载体的水中信息传递和获取的应用中具有重要作用。时分复用技术是解决光纤水听器大规模阵列信号传输最为基本、有效的复用方案之一，典型时分复用光纤水听器中外差声光调制模块如图1所示。
激光器产生功率稳定的连续激光输出，经过光纤声光调制器1（AOM1）调制成脉冲激光。通过AOM2、AOM3和延时光纤的作用产生频差和延时固定的脉冲光信号。AOM1工作在调制状态，整体功耗2W。AOM2和AOM3工作在等幅状态，整体功耗10W。整个外差声光调制模块功耗12W，不能满足后期低功耗光纤水听系统对声光调制模块低功耗的要求。为了得到固定延时的光脉冲，需要在两臂上增加延时光纤，针对工作波长1550nm，1m延时光纤产生的延时约为5ns。由于光纤熔接机熔接长度的限制，延时精度控制在0.5ns，不但调节工序繁琐，更改延时需要开盖重新熔接光纤，工艺复杂，还不能实现高精度可调。由于延时光纤弯曲损耗的存在，整体尺寸不能做得太小。延时光纤长度通常在几十米量级，对外界低频噪声的积累作用较强，需要对延时光纤做隔音处理。由此可见，现有外差声光模块存在功耗高、损耗大、延时可调精度低、工序复杂、体积大、易受外界影响的缺点。
发明内容
针对现有外差声光调制模块功耗高、损耗大、延时可调精度低、工序复杂、体积大、易受外界影响的缺点，本发明的目的是提供一种低功耗紧凑型外差声光调制模块，本发明采用双路AOM调制的方式，通过控制两路AOM相对于触发信号的衍射来调节脉冲之间的相对延时，具有功耗低、损耗小、延时任意可调、精度高、结构紧凑等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低功耗紧凑型外差声光调制模块，包括激光器、耦合器Ⅰ、耦合器Ⅱ、两路光纤声光调制器和驱动器，激光器输出的连续光接耦合器Ⅰ，耦合器Ⅰ分出的两路光信号对应接两路光纤声光调制器，两路光纤声光调制器调制成的两路脉冲光通过耦合器Ⅱ耦合为一路光输出；两路光纤声光调制器共用一个驱动器，所述驱动器包括调制电路，调制输入信号通过脉冲整形电路接调制电路的输入，外部时钟通过振荡电路接入调制电路，以提供调制电路的时钟信号；调制电路具有两路输出，每路输出分别通过延时电路和功放电路输出需要的射频信号，两路射频信号对应接两路光纤声光调制器。
所述两路光纤声光调制器产生的差频频率为水听系统要求的频率值。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、插入损耗低。本发明比现有技术在主路上少一个AOM，整体插入损耗要少3dB以上。
2、功耗低。本发明两个AOM工作在调制状态，整体功耗约5w，而现有技术一个AOM工作在调制状态，两个AOM工作在等幅状态，功耗12W；本发明功耗明显降低。
3、延时精度高、范围广、调节灵活、受环境影响小。现有技术移频精度受光纤熔接机限制，更改延时需要重新熔接光纤，工艺复杂，而且还需对延时光纤进行特殊隔音隔振处理以降低低频噪声。本发明无需延时光纤，整个延时调节通过程序更改，无需开盖处理，不易受环境影响。
4、体积小。现有技术需要在壳体内预留延时光纤盘绕固定位置，而本发明不需要延时光纤，因此体积更小，更易于集成。
附图说明
图1为现有外差声光调制模块结构示意图。
图2为本发明外差声光调制模块结构示意图。
图3为本发明外部时钟+同源双路+两路延时可调驱动器示意图。
图4为本发明驱动器电路原理图。
图5为现有驱动器驱动原理图。
图6为现有移频器驱动原理图。
图7为本发明双脉冲输出时域图。
图8为本发明用户水听器相位噪声图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
本发明一种低功耗紧凑型外差声光调制模块，包括激光器、耦合器Ⅰ、耦合器Ⅱ、两路光纤声光调制器和驱动器，激光器输出的连续光接耦合器Ⅰ，耦合器Ⅰ分出的两路光信号对应接两路光纤声光调制器，两路光纤声光调制器调制成的两路脉冲光通过耦合器Ⅱ耦合为一路光输出；两路光纤声光调制器共用一个驱动器，所述驱动器包括调制电路，调制输入信号通过脉冲整形电路接调制电路的输入，外部时钟通过振荡电路接入调制电路，以提供调制电路的时钟信号；调制电路具有两路输出，每路输出分别通过延时电路和功放电路输出需要的射频信号，两路射频信号对应接两路光纤声光调制器。
本发明外差声光调制模块结构如图2所示。激光器输出的连续光经AOM2和AOM3分别调制成脉冲光，AOM2和AOM3 产生的差频频率为水听系统要求的频率值。两路光纤声光调制器共用一个驱动器，驱动器采用外部时钟输入、同源双路和双路延时可调的方案，如图3所示。通过对比图1和图2可以明显看出，本发明外差声光调制模块在主路上少了一个光纤声光调制器，整体插入损耗要少3dB以上。并且取消了延迟光纤，工艺实现更容易，体积更小，更易于集成。图4为本发明驱动器电路原理图。图5为现有驱动器驱动原理图。图6为现有移频器驱动原理图。
本发明通过外部时钟输入保持用户系统时钟与声光模块时钟一致，采用同源双路方案实现两路驱动时钟一致，双路延时可调可以实现两个脉冲相对于外部调制触发信号延时高精度（最高精度0.1ns）、大范围(最大μs级)（根据用户所选的延时调节范围而定）可调，如图7所示为采用延时可调实现双脉冲相差149.89ns。
本发明可以根据用户需求提供不同延时、不同频差的低功耗紧凑型外差声光调制模块。比如应用于XX用户差频20MHz，延时150ns的外差水听系统中，得到的相位噪声如图8所示，满足用户设计需求。
本发明的特点：
1、双路AOM调制功能，减小外差声光调制模块损耗和功耗，为系统小型化、低功耗奠定基础。
2、驱动器采用外部时钟输入和同源双路输出方案，保证用户系统时钟与AOM时钟一致，为外差探测光脉冲相位稳定奠定基础。
3、通过电路芯片调节两路脉冲光延时实现外差声光调制模块两路脉冲高精度延时调节功能，减小了系统整体尺寸，提高了延时调节精度，减小了延时调节工序的复杂性。
本发明的上述实施例仅仅是为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他不同形式的变化和变动。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申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 (2)

1.一种低功耗紧凑型外差声光调制模块，其特征在于：包括激光器、耦合器Ⅰ、耦合器Ⅱ、两路光纤声光调制器和驱动器，激光器输出的连续光接耦合器Ⅰ，耦合器Ⅰ分出的两路光信号对应接两路光纤声光调制器，两路光纤声光调制器调制成的两路脉冲光通过耦合器Ⅱ耦合为一路光输出；两路光纤声光调制器共用一个驱动器，所述驱动器包括调制电路，调制输入信号通过脉冲整形电路接调制电路的输入，外部时钟通过振荡电路接入调制电路，以提供调制电路的时钟信号；调制电路具有两路输出，每路输出分别通过延时电路和功放电路输出需要的射频信号，两路射频信号对应接两路光纤声光调制器。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗紧凑型外差声光调制模块，其特征在于：所述两路光纤声光调制器产生的差频频率为水听系统要求的频率值。
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