CN116642598A - 一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法 - Google Patents
一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116642598A CN116642598A CN202310757102.7A CN202310757102A CN116642598A CN 116642598 A CN116642598 A CN 116642598A CN 202310757102 A CN202310757102 A CN 202310757102A CN 116642598 A CN116642598 A CN 116642598A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- timing
- signals
- optical
- radio frequency
- 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
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 92
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000001934 delay Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 21
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 12
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法，方法如下：为待调制光信号引入射频偏移频率，产生两路独立的具有不同频率偏移的光信号；为未调制光信号引入定时误差并进行延时处理，处理后的光信号由两个在时域有时延的脉冲组成；将两路具有不同频偏的调制信号与引入误差的未调制信号传输至同一耦合器进行耦合；经耦合后输出的光信号被转换为电信号，并分为相同的两路电信号，每一路电信号包含了射频偏移信号，分别提取每一路射频偏移频率信号的包络信号并进行差分运算；实时记录不同延时下差分信号的电压值即能够得到待测量定时装置引入的定时信息与本发明探测装置的最终输出电压的关系曲线，从而完成定时标定的过程。
Description
技术领域
本发明涉及超快光学技术领域，特别涉及一种利用单个光电探测器的高精度定时装置及方法。
背景技术
高精度定时探测技术在各种前沿研究领域发挥着重要的作用，如大规模定时分布系统、远程激光/微波同步和泵浦探测实验等。在过去的20年里，为实现超高精度的定时探测，研究人员提出了基于平衡互相关(BOC)、光学外差、光学延迟线和声光调制器(AOM)的定时探测方法。其中，BOC定时探测方法采用的平衡架构通常采用两个光电探测器，以消除激光幅度噪声和背景环境噪声。然而，由于两个独立的光电检测过程产生的电子噪声并不是严格一致的，因此该电子噪声不能被平衡架构所抵消，这限制了定时检测器在高频处(大于10kHz)的分辨率。此外，BOC技术基于光学的二次和频效应，当输入平均光功率低于1mW时，它通常不能提供足够的定时分辨率；光学外差定时探测方案有可能在低功率场景时工作，但该方案的实现需要复杂的光学滤波装置，成本较高；因此，近些年来对定时探测器的优化与设计已远远不以精度为单一指标，更对定时探测所需的功耗、布局与实际可行性提出了更高要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种利用单个光电探测器实现平衡定时探测的装置及方法，该方案将AOM定时探测法与平衡架构结合起来，仅使用一个光电探测器即可在低功耗场景时实现阿秒精度的平衡探测，通过与单路AOM定时探测器的测量结果相对比，本发明提出的发明可以大大抑制光电检测过程中产生的电子噪声。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置，包括依次设置的激光源与分光单元、光调制单元、光耦合单元、光电探测装置与差分运算单元，所述激光源与分光单元包括激光源和分光器件，光调制单元包括依次设置的光隔离器件、光调制器件、分光装置；所述光耦合单元包括第一耦合预处理装置、第二耦合预处理装置和多端口耦合器；所述光电探测装置包括光电转换单元、滤波单元与检波单元；所述光电转换单元包括光电探测器和功率分配器；滤波单元包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述检波单元包括第一检波装置和第二检波装置；
激光源与分光单元输出零阶光与待调制光，零阶光将不会被调制，待调制光将在后续通过调制器进行调制；其中，待调制光通过光隔离器件后进入光调制器件，光调制器件输出的一阶衍射光的载波频率获得射频信号的频率偏移；一阶衍射光通过分光装置后分为反射一阶衍射光与透射一阶衍射光，其中透射一阶衍射光依次传输至第一耦合预处理装置和多端口耦合器，反射一阶衍射光返回至光调制器件，光调制器件输出的二阶衍射光的载波频率再次获得射频信号的频率偏移；二阶衍射光通过光隔离器件后进入多端口耦合器；
零阶光通过待测量定时装置后传输至延时引入装置，延时引入装置输出的零阶光中包含两个在时域有延时的脉冲，并依次传输至第二耦合预处理装置和多端口耦合器；
多端口耦合器输出的光信号经光电探测器转换为电信号，并由功率分配器分为两路功率相同的电信号，其中一路电信号依次通过第一带通滤波器和第一检波装置，另一路电信号依次通过第二带通滤波器和第二检波装置，最终两路电信号进入差分运算单元的两个输入口，差分运算单元输出探测结果；其中电信号通过第一带通滤波器和第二带通滤波器后仅留下带有射频偏移频率分量的射频偏移信号，第一检波装置和第二检波装置用于检测射频偏移信号的包络；数据采集设备与差分运算单元的输出端相连，利用数据采集设备实时采集差分运算单元输出的电压信号，该电压信号包含了待测量的全部定时信息。
进一步的，所述延时引入装置由偏振分光棱镜、四分之一波片、平面反射镜、自由空间起偏器组成，零阶光自偏振分光棱镜的面一进入，自面二与面三分出两束零阶光，偏振分光棱镜的面二与面三后分别有依次设置的四分之一波片和平面反射镜，两束零阶光各经过两次平面反射镜和四分之一波片后，在偏振分光棱镜中合为一束光并于面四射出，自由空间起偏器设置于面四之后、第二耦合预处理装置之前。
进一步的，两束零阶光分别通过两路依次设置的四分之一波片、平面反射镜时具有光程差，实现对两束正交偏振零阶光引入时域上的延迟差。
进一步的，自由空间起偏器用于将两路正交偏振的零阶光调节至相同偏振方向，并使得零阶光沿设定偏振方向传输至多端口耦合器。
进一步的，所述待测量定时装置为延迟线、具有双折射效应的介质、压电器件、平移台、受物理效应扰动的透光介质其中的一种。
进一步的，第一耦合预处理装置和第二耦合预处理装置均用于调整光信号偏振方向，并将光信号导入到相应多端口耦合器的输入端口，且均由依次设置的半波片与光学准直器组成。
进一步的，所述第一检波装置和第二检波装置均由依次设置的低噪声射频放大器和肖特基二极管组成。
进一步的，所述光调制器件为光纤耦合或自由空间耦合的声光调制器、电光调制器、磁光调制器、集成光电子调制器其中的一种，用于对入射光源的载波频率进行移频。
一种利用单个光电探测器的平衡定时探测方法，基于所述平衡定时探测装置，包括以下步骤：
步骤1、为待调制光信号引入射频偏移频率，并产生两路独立的具有不同频率偏移的光信号；
步骤2、为零阶光信号引入定时误差并进行延时处理，处理后的光信号由两个在时域有时延的脉冲组成；
步骤3、将两路具有不同频率偏移的调制光信号与引入时延误差的零阶光信号传输至同一耦合器；
步骤4、经耦合后输出的光信号被转换为电信号，并经功率分配器分为相同的两路电信号，每一路电信号包含了射频偏移信号，分别通过带通滤波器提取各自的射频偏移信号；
步骤5、分别提取每一路射频偏移信号的包络信号，射频偏移信号的包络信号包含了待测量的定时信息，并将两路包络信号进行差分运算；实时记录不同延时下差分信号的电压值，得到待测量定时装置引入的定时信息与最终输出电压的关系曲线，从而完成定时标定的过程
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)与同样基于平衡架构的定时检测方法(如BOC法、AOM平衡探测法)相比，本发明提出的定时探测方法仅需一个光电探测器即可实现平衡探测，布局进一步简化。
(2)基于光学二次和频效应的BOC定时探测器往往需要上百毫瓦的输入功率以弥补较低的光学非线性效率，而本发明提出的定时探测方法在较低输入功率(小于2毫瓦)时便能发挥与输入功率为100毫瓦的BOC探测器相当的定时探测性能，非常适合于低功率、对非线性效应敏感的应用场景。
(3)与超外差式定时探测器、光学延迟线定时探测器和传统的平衡定时探测器相比，本发明提供的定时方法具有布局简单、成本较低等优点，仅需一个光学调制器、一个光电探测器以及几种常用的光学元器件便可完成阿秒精度的定时探测功能，且更便于后续集成。
(4)本发明采用平衡探测的架构：将平衡架构与本发明提出的方法相结合，经实验证实不仅能够有效地抑制环境噪声、激光器幅度噪声等干扰，获得更低的测量噪声基底，还能够抑制在光电探测过程中产生的电子噪声，在高频处提供更高的定时分辨率。
附图说明
图1为本发明平衡定时探测装置的结构示意图。
图2为本发明具体实施例中平衡定时探测装置的结构示意图。
图3为具体实施过程中测量得到的定时特性曲线，横坐标是定时误差Δt，纵坐标为差分输出电压V，V＝G(V检波1-V检波2)，G是差分运算单元的放大倍数。
图4为具体实施过程中测量得到的定时抖动功率谱密度以及定时抖动积分曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体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。
如图1所示，本实施例提供的利用单个光电探测器的阿秒精度定时探测装置包括依次设置的激光源与分光单元、光调制单元、光耦合单元、光电探测装置与差分运算单元，激光源与分光单元包括激光源1与分光器件2；光调制单元包括光隔离器件5、光调制器件6、分光装置7；光耦合单元包括第一耦合预处理装置8、第二耦合预处理装置9和多端口耦合器10；光电探测装置包括光电转换单元、滤波单元、检波单元；光电转换单元包括光电探测器11和功率分配器件12；滤波单元包括第一带通滤波器13和第二带通滤波器14，检波单元包括第一检波装置15和第二检波装置16；
激光源与分光单元输出零阶光与待调制光；其中，待调制光通过光隔离器件5后进入光调制器件6，输出的一阶衍射光的载波频率获得射频信号的频率偏移；一阶衍射光通过分光装置7后分为反射一阶衍射光与透射一阶衍射光，其中透射一阶衍射光依次传输至第一耦合预处理装置8和多端口耦合器10，反射一阶衍射光返回至光调制器件6，光调制器件6输出的二阶衍射光的载波频率再次获得射频信号的频率偏移；二阶衍射光通过光隔离器件5后进入多端口耦合器10；
零阶光通过待测量定时装置3后传输至延时引入装置4，输出的零阶光中包含两个在时域有延时TD的脉冲，并依次传输至第二耦合预处理装置9和多端口耦合器10；
多端口耦合器10输出的光信号经光电探测器11转换为电信号，并由功率分配器12分为两路功率相同的电信号，其中一路电信号依次通过第一带通滤波器13和第一检波装置15，另一路电信号依次通过第二带通滤波器14和第二检波装置16，两路电信号进入差分运算单元17的两个输入口，最终差分运算单元17输出探测结果。电信号通过带通滤波器后仅留下射频偏移信号，检波装置用于检测射频偏移信号的包络。独立的数据采集设备与最终差分运算单元17的输出相连接，实时采集不同延时下输出的电压信号，电压信号包含了待测量的全部定时信息。
激光源1用于产生激光信号，作为整个装置的入射光源；分光器件2用于将入射激光源分为待调制光与零阶光。
光隔离器件5用于单向传输具有不同载波频率的光信号，可通过环行器实现；光调制器件6用于对光信号引入射频偏移频率，可以通过光纤耦合或自由空间耦合的声光调制器、电光调制器、磁光调制器、集成光电子调制器等调制器件的调制作用实现；
差分运算单元17体现架构的主要特征，在实验中将对称设置两路定时链路，由于两路信号在传输过程中受到的环境噪声、激光器的幅度噪声等相同，理论上经过差分运算后这些噪声可以被大大抑制，部分噪声分量甚至可以被完全抑制，而本实施例中仅使用单个定时探测器，高频处由光电探测器11引入的电子噪声可以进一步抵消。为实现平衡架构，光电探测器11输出的电信号经高隔离度的功率分配器分为完全相等的两路，每一束电信号都采用对称的处理方式，依次经过滤波单元、检波单元，经差分运算单元对两路电压信号进行差分操作。
基于上述定时探测装置进行的单光电探测器的阿秒精度定时探测方法，包括以下步骤：
步骤1、为待调制光信号引入射频偏移频率，产生两路独立的具有不同频率偏移的光信号；
步骤2、为零阶光引入定时误差并进行延时处理，处理后的光信号由两个在时域有一定时延的脉冲组成；
步骤3、将两路具有不同频偏的调制信号与引入误差的未调制信号传输至同一多端口耦合器；
步骤4、经耦合后输出的光信号被转换为电信号，并经功率分配器分为相同的两路电信号，每一路电信号包含了射频偏移信号，分别通过带通滤波器提取各自的射频偏移信号；
步骤5、分别提取每一路射频偏移信号的包络信号，该包络信号包含了待测量的定时信息，并将两路包络信号进行差分运算；实时记录不同延时下差分信号的电压值即能够得到待测量定时装置引入的定时信息与最终输出电压的关系曲线，从而完成定时标定的过程。
更具体的，本实施例还提供了实验中基于单个光电探测器的阿秒精度的平衡定时探测装置图，如图2所示，该实验装置包括以下仪器与器件：激光源1，依次由偏振分光棱镜19、半波片20和光学准直器21组成的分光器件2，由电动平移台22和回射镜23组成的待测量定时装置3，由四分之一波片26和28、平面反射镜27和29、偏振分光棱镜30及自由空间起偏器31组成的延时引入装置4，光隔离器件5，由光纤耦合声光移频器34、放大器35、任意信号发生器36组成的光调制器件6，由平面分光镜38、手动平移台39组成的分光装置7、由半波片40和光学准直器41组成的第一耦合预处理装置8，由半波片32和光学准直器33组成的第二耦合预处理装置9，3×1的多端口耦合器10，雪崩光电二极管11，功率分配器12，第一带通滤波器13，第二带通滤波器14，由低噪放大器42和肖特基二极管43组成的第一检波装置15，由低噪放大器44和肖特基二极管45组成的第二检波装置16，差分运算单元17，半波片18，平面反射镜24、25，光学准直器37。
其中激光源1输出中心波长为1555nm，重复频率为216.667MHz，脉冲宽度为170fs的激光脉冲序列。
任意信号发生器36输出频率为80MHz，电压有效值为200mV的正弦信号，并经放大器35放大至3W后用于驱动光纤耦合声光移频器34。
本实施例中的光电探测器采用雪崩光电二极管(Avalanche Photodiodes,APD)，雪崩光电二极管具有以下参数：等效噪声功率为2pW/√Hz，响应度为0.9A/W，跨导增益为50V/A，3dB带宽为100MHz。第一带通滤波器的中心频率为80MHz，第二带通滤波器的中心频率为160MHz。差分运算单元的放大增益为40dB，带宽为1MHz。
具体的定时标定过程如下：作为激光源的锁模激光器输出的激光脉冲经偏振分光棱镜分为两路，记为待调制光与零阶光；待调制光通过一个半波片进入光学准直器中，光学准直器将自由空间中的光耦合到光纤中并继续传输至光隔离器件的1口，任意信号发生器输出的射频信号经放大器放大至3W后用于驱动光纤耦合声光移频器，待调制光从光隔离器件的2口输出后进入声光调制器，其光载波频率获得了射频信号的频率偏移，记为一阶衍射光A，随后一阶衍射光A经由光学准直器传输至自由空间中，通过固定在手动平移台上的平面分光镜分为一阶透射光B和一阶反射光C，一阶反射光C按原路依次通过光学准直器和光纤耦合声光移频器，输出二阶衍射光D再次获得射频信号的频率偏移，经光隔离器件的2口传输至3口，最终进入3×1的多端口耦合器的1输入口；一阶透射光B继续向前传输，透过一个半波片后经光学准直器的准直作用后进入光纤，并传输至3×1的多端口耦合器的2输入口；零阶光经固定在电动平移台的回射镜的反射后，相较于待调制光被引入了定时误差Δt；引入定时误差后的零阶光通过一个偏振分光棱镜被分为功率相等的两路光，两路光各自通过一个四分之一波片和一个反射镜后，返回至偏振分光棱镜并合成为一束光E，分别通过调节两个反射镜相对于偏振分光棱镜的距离，使得和束光E由两个正交偏振并在时域有一定时延间隔的脉冲序列E0与E1组成，通过一个四分之一波片和一个自由空间起偏器后，E0和E1被调节至相同的偏振方向，最后E光经光学准直器被耦合进光纤中并传输至3×1耦合器的3输入口；3×1的多端口耦合器的输出光信号接入到雪崩光电二极管的输入，此时的光信号被转换为电信号；在雪崩光电二极管中，E0零阶光与一阶透射光B拍频，E1零阶光与二阶衍射光D拍频；电信号通过一个高隔离度的功率分配器被严格分为完全相等的两路，为实现平衡架构，两路电信号需要经过完全对称的处理。两路电信号分别经过带通滤波器、差分运算单元后进入肖特基二极管中，经肖特基二极管检波后的两路信号作为差分运算单元的两个输入。实验中选用雪崩光电二极管的入射光功率为1.4毫瓦，即每个光脉冲序列的平均光功率为0.35毫瓦。
在定时标定时，利用计算机控制电动平移台22进行微小的位移，利用数据采集设备实时采集差分运算单元输出的电压信号，并储存在计算机中进行后续的数据处理。
图3的s型曲线即为定时标定所需的定时特性曲线。其中横坐标是由电动平移台引入的定时误差Δt，纵坐标是差分输出电压V，V＝G(V检波1-V检波2)，G是差分运算单元的放大倍数。该曲线表明，当输入光功率为1.4mW时,本实施例设计的定时探测器最大灵敏度为34.6mV/fs，在最大灵敏度的位置处，将差分运算单元输出的信号与信号源分析仪相连，利用信号源分析仪的基带测量功能测量差分运算单元的输出电压即可得到此次测量的噪声基底，并绘制出定时抖动功率谱密度以及定时抖动积分曲线，如图4所示。与单路测量的定时抖动功率谱密度(i)相比，平衡探测架构使得外界环境噪声以及激光器的幅度噪声得到了很好的抑制；此外，在曲线(i)的高频处可以明显观察到光电转换过程中产生的电子噪声(如20kHz-100kHz和300kHz-1 MHz)，由于仅使用了单个光电探测器，这些高频电子噪声具有很高的相关性，理论上可以通过差分操作相互抵消，实验证实这些电子噪声在曲线(ii)中得到了很好的抑制。在本实施例中，测量得到的最小定时抖动基底约为5×10-10fs2/Hz，从1Hz到1MHz积分后的定时抖动只有43.73as，定时特性曲线中的定时测量范围约为750fs，相当于84.69dB的检测动态范围。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，包括依次设置的激光源与分光单元、光调制单元、光耦合单元、光电探测装置与差分运算单元，所述激光源与分光单元包括激光源(1)和分光器件(2)，光调制单元包括依次设置的光隔离器件(5)、光调制器件(6)、分光装置(7)；所述光耦合单元包括第一耦合预处理装置(8)、第二耦合预处理装置(9)和多端口耦合器(10)；所述光电探测装置包括光电转换单元、滤波单元与检波单元；所述光电转换单元包括光电探测器(11)和功率分配器(12)；滤波单元包括第一带通滤波器(13)和第二带通滤波器(14)，所述检波单元包括第一检波装置(15)和第二检波装置(16)；
激光源与分光单元输出零阶光与待调制光，零阶光将不会被调制，待调制光将在后续通过调制器进行调制；其中，待调制光通过光隔离器件(5)后进入光调制器件(6)，光调制器件(6)输出的一阶衍射光的载波频率获得射频信号的频率偏移；一阶衍射光通过分光装置(7)后分为反射一阶衍射光与透射一阶衍射光，其中透射一阶衍射光依次传输至第一耦合预处理装置(8)和多端口耦合器(10)，反射一阶衍射光返回至光调制器件(6)，光调制器件(6)输出的二阶衍射光的载波频率再次获得射频信号的频率偏移；二阶衍射光通过光隔离器件(5)后进入多端口耦合器(10)；
零阶光通过待测量定时装置(3)后传输至延时引入装置(4)，延时引入装置(4)输出的零阶光中包含两个在时域有延时的脉冲，并依次传输至第二耦合预处理装置(9)和多端口耦合器(10)；
多端口耦合器(10)输出的光信号经光电探测器(11)转换为电信号，并由功率分配器(12)分为两路功率相同的电信号，其中一路电信号依次通过第一带通滤波器(13)和第一检波装置(15)，另一路电信号依次通过第二带通滤波器(14)和第二检波装置(16)，最终两路电信号进入差分运算单元(17)的两个输入口，差分运算单元(17)输出探测结果；其中电信号通过第一带通滤波器(13)和第二带通滤波器(14)后仅留下带有射频偏移频率分量的射频偏移信号，第一检波装置(15)和第二检波装置(16)用于检测射频偏移信号的包络；数据采集设备与差分运算单元(17)的输出端相连，利用数据采集设备实时采集差分运算单元(17)输出的电压信号，该电压信号包含了待测量的全部定时信息。
2.根据权利要求1所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，所述延时引入装置(4)由偏振分光棱镜(30)、四分之一波片、平面反射镜、自由空间起偏器(31)组成，零阶光自偏振分光棱镜(30)的面一进入，自面二与面三分出两束零阶光，偏振分光棱镜(30)的面二与面三后分别有依次设置的四分之一波片和平面反射镜，两束零阶光各经过两次平面反射镜和四分之一波片后，在偏振分光棱镜(30)中合为一束光并于面四射出，自由空间起偏器(31)设置于面四之后、第二耦合预处理装置(9)之前。
3.根据权利要求2所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，两束零阶光分别通过两路依次设置的四分之一波片、平面反射镜时具有光程差，实现对两束正交偏振零阶光引入时域上的延迟差。
4.根据权利要求2所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，自由空间起偏器用于将两路正交偏振的零阶光调节至相同偏振方向，并使得零阶光沿设定偏振方向传输至多端口耦合器(10)。
5.根据权利要求1所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，所述待测量定时装置(3)为延迟线、具有双折射效应的介质、压电器件、平移台、受物理效应扰动的透光介质其中的一种。
6.根据权利要求1所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，第一耦合预处理装置(8)和第二耦合预处理装置(9)均用于调整光信号偏振方向，并将光信号导入到相应多端口耦合器(10)的输入端口，且均由依次设置的半波片与光学准直器组成。
7.根据权利要求1所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，所述第一检波装置(15)和第二检波装置(16)均由依次设置的低噪声射频放大器和肖特基二极管组成。
8.根据权利要求1所述一种利用单个光电探测器的平衡定时探测装置，其特征在于，所述光调制器件(6)为光纤耦合或自由空间耦合的声光调制器、电光调制器、磁光调制器、集成光电子调制器其中的一种，用于对入射光源的载波频率进行移频。
9.一种利用单个光电探测器的平衡定时探测方法，基于权利要求1-8任意一项所述平衡定时探测装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、为待调制光信号引入射频偏移频率，并产生两路独立的具有不同频率偏移的光信号；
步骤2、为零阶光信号引入定时误差并进行延时处理，处理后的光信号由两个在时域有时延的脉冲组成；
步骤3、将两路具有不同频率偏移的调制光信号与引入时延误差的零阶光信号传输至同一耦合器；
步骤4、经耦合后输出的光信号被转换为电信号，并经功率分配器分为相同的两路电信号，每一路电信号包含了射频偏移信号，分别通过带通滤波器提取各自的射频偏移信号；
步骤5、分别提取每一路射频偏移信号的包络信号，射频偏移信号的包络信号包含了待测量的定时信息，并将两路包络信号进行差分运算；实时记录不同延时下差分信号的电压值，得到待测量定时装置引入的定时信息与最终输出电压的关系曲线，从而完成定时标定的过程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310757102.7A CN116642598A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310757102.7A CN116642598A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116642598A true CN116642598A (zh) | 2023-08-25 |
Family
ID=87615509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310757102.7A Pending CN116642598A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116642598A (zh) |
-
2023
- 2023-06-26 CN CN202310757102.7A patent/CN116642598A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dorrer et al. | Linear optical sampling | |
| US20200378835A1 (en) | High-resolution real-time time-frequency domain measuring device and method for ultra-short pulse | |
| CN110632388B (zh) | 一种基于混频的光电探测器频响测量方法及装置 | |
| WO2021017098A1 (zh) | 差动式正弦相位调制激光干涉纳米位移测量装置及方法 | |
| CN112129491B (zh) | 基于单光频梳干涉的光纤时延测量方法及装置 | |
| WO2021128677A1 (zh) | 基于光载微波干涉的光纤时延测量方法及装置 | |
| CN111537200B (zh) | 一种基于循环自外差法测量激光器线宽的装置及方法 | |
| CN108107008A (zh) | 一种时域热反射谱测量系统 | |
| CN114754689A (zh) | 一种基于双电光外差调制的相位式距离测量装置及方法 | |
| CN116642598A (zh) | 一种利用单个定时探测器的平衡定时探测装置及方法 | |
| CN218120898U (zh) | 一种基于双电光外差调制的相位式距离测量装置 | |
| US4749277A (en) | Methods of and apparatus for measuring the frequency response of optical detectors | |
| CN112180390B (zh) | 一种测距装置和方法 | |
| CN108732580A (zh) | 一种基于相位法与合成波长法的绝对距离测量系统及测量方法 | |
| US7529481B1 (en) | Linear optical sampling methods and apparatus | |
| CN115459862A (zh) | 一种基于射频响应互补的光子辅助瞬时测频装置及方法 | |
| 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 | |
| CN110186568B (zh) | 一种光子混频太赫兹波探测装置 | |
| CN1548936A (zh) | 远距离散射物微振动信号测量和保真拾取干涉仪 | |
| CN201308478Y (zh) | 压缩态光场的成像系统 | |
| CN104035087A (zh) | 基于高精度同步多测尺的半导体激光测距装置与方法 | |
| CN218823920U (zh) | 一种高时空分辨的磁光偏振成像测量系统 | |
| CN104049250A (zh) | 抗多频混叠的高精度同步测尺半导体激光测距装置与方法 | |
| CN114608631B (zh) | 一种布里渊光时域反射传感装置 | |
| CN103292917A (zh) | 基于声光调幅的光电接收器时间稳定性测试方法 |
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 |