CN115912051A - 一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法 - Google Patents
一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115912051A CN115912051A CN202211437542.6A CN202211437542A CN115912051A CN 115912051 A CN115912051 A CN 115912051A CN 202211437542 A CN202211437542 A CN 202211437542A CN 115912051 A CN115912051 A CN 115912051A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency modulation
- frequency
- laser
- interferometer
- unbalanced
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法，包括宽带可调谐激光器、微光学透镜、分束器、可调光延时非平衡MZ干涉仪、平衡光电探测器、鉴相器、环路滤波器、升/降开关控制电路和积分器。可调光延时非平衡MZ干涉仪包含两个耦合器和一个可调光纤延迟线单元，由干涉仪上下两臂线性调频光频率与时间的关系可得，当可调光纤延迟线单元的延时量发生改变时，就可改变输出激光的调频速率。本发明利用可调光纤延时线改变光的时延，可达到改变调频速率的目的。
Description
技术领域
本发明属于线性调频技术领域，具体涉及一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法。
背景技术
脉冲压缩使用线性调频信号(LFM)有效地解决了作用距离和距离分辨率的矛盾，且LFM产生和处理简单，因而广泛的应用于雷达和声呐测距领域。
快速线性调频的单模激光光源在调频连续波(FMCW)激光雷达、光频域反射计(OFDR)、三维成像、相干原子操纵、相干光谱分析、高分辨率光谱仪等领域有广泛的应用，其调频线性度和带宽是光源性能的重要指标。半导体激光器有灵活的调谐特性，可通过宽带光电锁相技术快速补偿瞬态频率抖动，提升调频线性度。而且这种锁相结构小巧，价格低廉，具有良好的应用前景。
然而，目前基于宽带光电锁相的线性调频装置只能产生调频速率固定的线性调频激光，而有些应用场合确实需要改变调频的速率来进行不同速率下的测量，因此本发明提出了一种调频速率可变的激光线性调频装置，该装置可通过调节光纤延时线的延时量改变调频的速率。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法。本发明所采用的技术方案如下：
一种调频速率可变的激光线性调频装置，包括宽带可调谐激光器，宽带可调谐激光器的光路上依次设置有微光学透镜、分束器；分束器其中一个光路上依次设有可调光延时非平衡MZ(马赫-曾德尔)干涉仪、平衡光电探测器；
平衡光电探测器依次连接鉴相器、环路滤波器、升/降开关控制电路和积分器；积分器连接宽带可调谐激光器；
可调光延时非平衡MZ干涉仪包括第一耦合器、第二耦合器；第一耦合器与第二耦合器之间两个光纤连接，其中一根光纤上设有可调光纤延迟线单元；
一种调频速率可变的激光线性调频装置的调频方法，所述宽带可调谐激光器输出调频光，经微光学透镜耦合至分束器，输出两束光束，其中一束光束作为光电锁相环路的输出，另一束光束输入第一耦合器至可调光延时非平衡MZ干涉仪的输入端口；通过调节可调光纤延迟线单元改变光的时延，进而可以改变调频的速率；可调光延时非平衡MZ干涉仪的输出端口经第二耦合器光连接至平衡光电探测器的输入端口，平衡光电探测器的输出端口电连接至鉴相器的输入端口；鉴相器将输入的信号与频率相近的正弦参考频率信号进行混频，得到频率误差信号，通过鉴相器的输出端口传输至环路滤波器，得到频率控制信号，再依次经过升/降开关控制电路和积分器，输出三角波信号，反馈至宽带可调谐激光器，实现对宽带可调谐激光器的非线性校正，使得光电锁相环路输出线性调频光。
进一步地，所述可调光延时非平衡MZ干涉仪的可调光延迟线单元，光纤延时与调频速率的关系如下式所示：
fR＝tR·γ(1)
式中，fR为正弦参考信号频率；tR为延时光纤产生的延时；γ为输出线性调频光的速率。由公式可得，当正弦参考信号频率fR固定时，通过调节光纤延时线改变光的时延，可达到改变调频速率的目的。
本发明的有益效果为：本发明提出一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法，利用可调光纤延时线改变光的时延，可达到改变调频速率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的调频速率可变的激光线性调频装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中经可调光延时非平衡MZ干涉仪上下两臂，线性调频光频率与时间的关系图；
附图中各标记的说明如下：
1.宽带可调谐激光器；2.微光学透镜；3.分束器；4.可调光延时非平衡MZ(马赫曾德尔)干涉仪；4-1.第一耦合器；4-2.可调光纤延迟线单元；4-3.第二耦合器；5.平衡光电探测器；6.鉴相器；7.环路滤波器；8.升/降开关控制电路；9.积分器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供了一种调频速率可变的激光线性调频装置，结构如图1所示，包括宽带可调谐激光器1，宽带可调谐激光器1的光路上依次设置有微光学透镜2、分束器3；分束器3其中一个光路上依次设有可调光延时非平衡MZ干涉仪4、平衡光电探测器5；
平衡光电探测器5依次连接鉴相器6、环路滤波器7、升/降开关控制电路8和积分器9；积分器9连接宽带可调谐激光器1；
可调光延时非平衡MZ干涉仪4包括第一耦合器4-1、第二耦合器4-3；第一耦合器4-1与第二耦合器4-3之间两个光纤连接，其中一根光纤上设有可调光纤延迟线单元4-2；
一种调频速率可变的激光线性调频装置的调频方法，所述宽带可调谐激光器1输出调频光，经微光学透镜2耦合至分束器3，输出两束光束，其中一束光束作为光电锁相环路的输出，另一束光束输入第一耦合器4-1至可调光延时非平衡MZ干涉仪4的输入端口；通过调节可调光纤延迟线单元4-2改变光的时延，进而可以改变调频的速率；可调光延时非平衡MZ干涉仪4的输出端口经第二耦合器4-2光连接至平衡光电探测器5的输入端口，平衡光电探测器5的输出端口电连接至鉴相器6的输入端口；鉴相器6将输入的信号与频率相近的正弦参考频率信号进行混频，得到频率误差信号，通过鉴相器6的输出端口传输至环路滤波器7，得到频率控制信号，再依次经过升/降开关控制电路8和积分器9，输出三角波信号，反馈至宽带可调谐激光器1，实现对宽带可调谐激光器1的非线性校正，使得光电锁相环路输出线性调频光。
具体地：
所述宽带可调谐激光器1采用DBR(分布式布拉格反射)半导体激光芯片，其具有独立的调频端口，通过注入三角波进行线性调频。
所述可调光延时非平衡MZ干涉仪4为非平衡干涉仪，因此上下两臂的延时不同。通过拍频即可得到两路光信号的差频信号fR±Δf，当频率误差信号Δf趋近于0时，此时锁相成功。由图2所示MZ干涉仪上下两臂线性调频光频率与时间的关系图可得，当可调延时光纤延时线单元4-2的光纤长度发生改变时，光传输延时tR就会发生改变，这样就可调节调频的速率(正弦参考信号频率fR固定)。
所述平衡光电探测器5的输出端口输出的光电信号的频率变化反应了调频线性度。
所述鉴相器6是基于混频原理设计的激光频率误差测量电路，输出的频率误差信号是输入信号与正弦参考频率信号之间相位误差的度量；通过数字化来降低激光幅度调制引起的频率测量误差，提高信号质量。
所述环路滤波器7是对频率误差信号进行滤波和整形，并不仅仅对高频波形进行滤除，更重要的功能是建立反馈环路的动态特性，以及提供合适的频率控制信号。
所述升/降开关控制电路8在频率控制信号的控制下对积分器9进行周期性的积分复位，不断地使积分后输出的三角波信号驱动宽带可调谐激光器1，直至锁相环输出信号的频率和相位达到稳定。
上述实施例仅作为本发明提出的调频速率可变的激光线性调频装置的一个示例，其内部光路和电路结构并非用于限制本发明，仅为帮助理解本发明原理，本发明保护范围亦不限于上述的配置和实施例，本领域技术人员可以根据公开技术做出不脱离本发明实质的其他各种具体变形与组合，但仍在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种调频速率可变的激光线性调频装置，其特征在于，包括宽带可调谐激光器(1)，宽带可调谐激光器(1)的光路上依次设置有微光学透镜(2)、分束器(3)；分束器(3)其中一个光路上依次设有可调光延时非平衡MZ干涉仪(4)、平衡光电探测器(5)；
平衡光电探测器(5)依次连接鉴相器(6)、环路滤波器(7)、升/降开关控制电路(8)和积分器(9)；积分器(9)连接宽带可调谐激光器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种调频速率可变的激光线性调频装置，其特征在于，所述的可调光延时非平衡MZ干涉仪(4)包括第一耦合器(4-1)、第二耦合器(4-3)；第一耦合器(4-1)与第二耦合器(4-3)之间两个光纤连接，其中一根光纤上设有可调光纤延迟线单元(4-2)。
3.根据权利要求1或2所述的一种调频速率可变的激光线性调频装置的调频方法，其特征在于，所述宽带可调谐激光器(1)输出调频光，经微光学透镜(2)耦合至分束器(3)，输出两束光束，其中一束光束作为光电锁相环路的输出，另一束光束输入可调光延时非平衡MZ干涉仪(4)的输入端口；改变光的时延，进而可以改变调频的速率；可调光延时非平衡MZ干涉仪(4)的输出端口光连接至平衡光电探测器(5)的输入端口，平衡光电探测器(5)的输出端口电连接至鉴相器(6)的输入端口；鉴相器(6)将输入的信号与频率相近的正弦参考频率信号进行混频，得到频率误差信号，通过鉴相器(6)的输出端口传输至环路滤波器(7)，得到频率控制信号，再依次经过升/降开关控制电路(8)和积分器(9)，输出三角波信号，反馈至宽带可调谐激光器(1)，实现对宽带可调谐激光器(1)的非线性校正，使得光电锁相环路输出线性调频光。
4.根据权利要求3所述的一种调频速率可变的激光线性调频装置的调频方法，其特征在于，另一束光束输入第一耦合器(4-1)至可调光延时非平衡MZ干涉仪(4)的输入端口；通过调节可调光纤延迟线单元(4-2)改变光的时延，进而可以改变调频的速率；可调光延时非平衡MZ干涉仪(4)的输出端口经第二耦合器(4-2)光连接至平衡光电探测器(5)的输入端口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211437542.6A CN115912051A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211437542.6A CN115912051A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115912051A true CN115912051A (zh) | 2023-04-04 |
Family
ID=86493418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211437542.6A Pending CN115912051A (zh) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115912051A (zh) |
-
2022
- 2022-11-17 CN CN202211437542.6A patent/CN115912051A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU755090B2 (en) | Optical phase detector | |
| US6661361B1 (en) | High speed optical analog to digital converter and digital optical wavemeter | |
| CN112129491B (zh) | 基于单光频梳干涉的光纤时延测量方法及装置 | |
| CN110995341B (zh) | 基于光载微波干涉的光纤时延测量方法及装置 | |
| WO2019121069A1 (en) | Mixed-signal frequency control loop for tunable laser | |
| CN111277325A (zh) | 一种基于偏振调制器的测量范围可调的瞬时频率测量方法和系统 | |
| Kiuchi | Highly stable millimeter-wave signal distribution with an optical round-trip phase stabilizer | |
| CN112083401B (zh) | 一种调频连续波激光雷达非线性校正装置及方法 | |
| CN115752416A (zh) | 用于检测角速度信号的谐振式光纤陀螺仪 | |
| CN108007307B (zh) | 一种光纤的测量方法以及测量装置 | |
| CN107631694B (zh) | 一种光学元器件厚度的测量方法 | |
| CN107907058B (zh) | 一种光学元器件厚度的测量装置 | |
| CN115912051A (zh) | 一种调频速率可变的激光线性调频装置及其调频方法 | |
| CN107941752B (zh) | 一种气体折射率的测量装置 | |
| Liu et al. | Electro-optical phase-locked loop for hybrid integrated external cavity laser | |
| CN111735610B (zh) | 一种光波导群折射率测量方法及装置 | |
| CN112332911B (zh) | 一种基于微波光子技术的微波鉴相装置及锁相装置 | |
| CN112147628A (zh) | 基于光电振荡器的远距离位移测量装置和测量方法 | |
| CN112816180A (zh) | 光纤色散测量方法及测量装置 | |
| CN112129229A (zh) | 基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法 | |
| CN1330948C (zh) | 光纤光栅群时延谱的差动干涉测量装置及其测量方法 | |
| CN115225147B (zh) | 一种高分辨率大测量范围的光延迟测量系统及方法 | |
| CN116742465B (zh) | 一种线性调频激光的生成方法及芯片 | |
| CN113720484B (zh) | 一种基于线性光学效应的阿秒精度定时探测装置及方法 | |
| Zhang et al. | High Repetition Rate Linear Sweep Frequency DFB Laser Based on A Photoelectric Feedback Loop |
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 |