CN203323891U

CN203323891U - 一种基于awg和光开关的光波长计

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Publication number: CN203323891U
Application number: CN2013203232726U
Authority: CN
Inventors: 刘志明; 陈坤峰; 高业胜
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-06-06

Abstract

本实用新型适用于光波长测量领域，提供了一种基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，该波长计包括：一个1×N的AWG(101)、一个1×N的光开关(102)、一个光电探测器(103)和数据处理单元(104)；所述AWG(101)的分叉端11至分叉端1N分别依次连接到所述光开关(102)的分叉端21至分叉端2N；所述光开关(102)的一字端(20)与所述光电探测器(103)的输入端相连接；所述光电探测器(103)的输出端与所述数据处理单元(104)相连接。本实用新型所述的光波长计具有低成本、全固态以及可集成化的优点，同时还具有受环境因素影响小、稳定性好、结构简单，易于推广等特点。

Description

一种基于AWG和光开关的光波长计

技术领域

本实用新型属于光波测量技术领域，尤其涉及一种基于AWG和光开关的光波长计。

背景技术

光波长测量技术是国民经济建设、国防建设和科学研究的重要技术基础，在高速光通信、计量科学以及基础研究等领域都有着重要的应用。近年来，光纤光栅以其灵活多变的结构特点、良好稳定的选频特性吸引了众多国内外科研机构的研究兴趣，在传感领域，光纤光栅也已经逐步成为一个主流器件用来实现对温度、应力、压力、电流等物理参数的检测，因此作为光纤光栅应用系统的核心技术，具有快速、高精度特点的新型波长测量技术的发展显得尤为重要。

现有技术方案：目前波长测量技术主要有光谱仪法、被动解调法、可调谐窄带光源法、锁模激光法等。上述各技术方案具体情况如下：

光谱仪法：由于光谱仪能直接读取光的波长，因此利用光谱仪可实现波长的直接测量。这种方法简单，但光谱仪体积庞大，结构复杂，携带不便，使用时需要反复校准，且高精度光谱仪价格昂贵，分辨率为0.01nm，精度为0.1nm的光谱仪价格高达数万美元。因此，光谱仪除了在实验室使用外，很少用于实地测量。

被动解调法：采用被动解调法进行波长测量的原理如下，宽带光源输出的光经耦合器进入光纤光栅，光纤光栅的反射光再经耦合器后分两路输出。一路经线性滤波器和探测器后转换为电信号，放大后输入除法器。线性滤波器的光谱透过率为波长的线性函数，即F(λ)＝A(λ一λ₀)，其中A为线性滤波器的斜率，λ₀为零输出波长。若假定光栅反射的窄带光谱满足中心波长λ_B和线宽为Δλ的高斯函数，则两路光信号光强的比值可表示为

因此，通过

就可以检测出波长值λ_B的大小。该方法具有信号处理系统简单且能消除光强变化的影响等优点，但系统耦合器的分束比变化、光纤双折射及滤波器非线性都会影响波长值的测量精度，且分辨率较低。

可调谐窄带光源法：可调谐窄带光源法采用波长周期性变化的窄带光谱扫描被测光纤光栅的反射谱。根据传感光纤光栅反射最强时的调谐信号即可得到光纤光栅的反射波长值。可调谐窄带光源需固定在PZT压电陶瓷片上，当PZT受锯齿波或正弦波电压调制时，窄带光源的光谱在一定范围内扫描。当波长正好等于光纤光栅的反射波长时，探测器输出最强。接上数字示波器，即可画出光栅的反射率与波长的函数关系曲线。为了提高波长测量精度，可将反射信号与入射激光功率进行比较并归一化。同时还可采用简单的反馈电路及在PZT上外加一小幅度正弦抖动信号使可调谐窄带光源的出射光锁定在光栅的反射光谱峰值处，这样可以获得较高的信噪比和分辨率。但这种方法结构复杂，不易在室外使用。

激光锁模法：激光锁模法采用传感光纤光栅、宽带反射器和增益介质构成一共轴激光腔，在激光腔内加有一声光调制器。改变声光调制的频率可将激光器锁定在不同的模式下，输出不同谱线的激光，从而可根据调制信号测量出被测的波长值。激光锁模法可解决纵模模式噪声及纵模间跳模干扰的问题，但采用锁模结构降低了系统的分辨率和动态范围。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于AWG和光开关的光波长计，旨在解决现有光波长测量技术中要么只能用于静态或者慢变信号波长的测量，要么成本较高、体积较大，在测量不同波段波长时需要反复校准，并且只能在实验室环境下使用，同时这些波长测量技术均不利于实地测量工作的开展以及无法实现多点传感信号波长阵列的准分布式测量的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于AWG和光开关的光波长计，其中，该光波长计包括：一个1×N的AWG(101)、一个1×N的光开关(102)、一个光电探测器(103)和数据处理单元(104)；

所述AWG(101)的分叉端11至分叉端1N分别依次连接到所述光开关(102)的分叉端21至分叉端2N；

所述光开关(102)的一字端(20)与所述光电探测器(103)的输入端相连接；

所述光电探测器(103)的输出端与所述数据处理单元(104)相连接。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述1×N的AWG(101)的各通道传输谱为高斯型或近似高斯型结构。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述1×N的光开关(102)为微电子机械式光开关。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述1×N的光开关(102)采用12C、TTL或RS232作为控制器控制所述光开关(102)的各通道。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述光电探测器(103)为带尾纤输入的光电二极管。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述光电探测器(103)为空间准直对焦结构的光电二极管。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述AWG的各通道传输谱均分为输入波导区(1001)、第一自由传输区(1002)、波导阵列(1003)、第二自由传输区(1004)和输出波导区(1005)；

所述输入波导区(1001)与所述第一自由传输区(1002)相连，所述第一自由传输区(1002)与所述波导阵列(1003)相连，信号光从所述输入波导区(1001)进入在所述第一自由传输区(1002)进行高斯远场衍射，所得的衍射光以相同的相位到达所述波导阵列(1003)，所述衍射光经过所述波导阵列(1003)传输后在所述波导阵列(1003)的输出端将具有不同的相位差；

所述波导阵列(1003)与所述第二自由传输区(1004)相连，所述第二自由传输区(1004)与所述输出波导区(1005)相连，从所述波导阵列(1003)出来的所述衍射光再经过所述第二自由传输区(1004)进行高斯远场衍射，将干涉聚焦在所述N个所述输出波导区(1005)相应的某两个相邻通道端口上。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述1×N的光开关(102)采用单片机作为控制器控制所述1×N的光开关(102)的各通道。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述1×N的光开关(102)为机械式光开关。

所述的基于AWG和光开关的光波长计，其中，所述1×N的光开关(102)为磁光开关或光栅开关。

本实用新型所述的光波长计利用AWG对光信号在自由传输区进行的高斯远场衍射分离特性，将光信号的波长信息通过AWG后转化为光场强度信号，进而利用传统的光电探测技术实现波长的检测功能。待测信号光的偏振态以及功率波动对本实用新型没有影响，能够实现FBG布拉格波长以及DFB激光器中心波长等窄带宽光信号的快速、高精度检测。此外，AWG和光开关属于光学集成器件，其制作工艺成熟、价格低廉，性能稳定，这使得本实用新型所述的光波长计具有低成本、全固态以及可集成化的优点。本实用新型所述的光波长计还具有受环境因素影响小、稳定性好、结构简单，易于推广等特点。

附图说明

图1是本实用新型基于AWG和光开关的光波长计结构示意图；

图2是本实用新型中AWG的结构示意图；

图3是本实用新型行测信号经过AWG后的波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的光波长计利用AWG对信号光的高斯远场衍射特性，将待测波长信息转换为光强信息，进而利用基于光开关的光路切换技术和传统的光电探测技术来实现光波长值的检测功能，并能够实现窄线宽信号波长值的快速、高精度、低成本检测。所述的光波长计满足单点或多点传感信号波长的测量和解调需求。

如图1所示，一种基于AWG和光开关的光波长计，所述光波长计包括：一个1×N的AWG(101)、一个1×N的光开关(102)、一个光电探测器(103)和数据处理单元(104)；所述AWG(101)的分叉端11至分叉端1N分别依次连接到所述光开关(102)的分叉端21至分叉端2N；所述光开关(102)的一字端(20)与所述光电探测器(103)的输入端相连接；所述光电探测器(103)的输出端与所述数据处理单元(104)相连接。

待测的一个窄线宽信号光从AWG(101)的一字端(10)输入，如图2所示，输入波导(1001)进入所述AWG(101)后将首先在第一个自由传输区(1002)中进行高斯远场衍射，衍射光将以相同的相位到达波导阵列(1003)的输入端，由于波导阵列(1003)中相邻波导均具有相同的长度差，因此衍射光经过波导阵列(1003)传输后在波导阵列(1003)的输出端将具有不同的相位差，再经过第二个自由传输区(1004)进行的高斯远场衍射后，将干涉聚焦在AWG(101)的分叉端11至分叉端1N，即N个输出波导(1005)相应的某两个相邻通道端口上。

假定待测信号光的波长值为λ，λ满足λ_n＜λ＜λ_n+1，其中λ_n为AWG(101)的第n个通道的中心波长值，λ_n+1为第n+1个通道的中心波长值，那么通过AWG(101)的通道传输谱可知，如图3所示，该信号光经过AWG(101)后，将能量分别耦合进入了分叉端11至分叉端1N中的第n通道和第n+1通道，由于AWG(101)的分叉端11至分叉端1N依次与光开关(102)的分叉端21至分叉端2N相连接，光开关(102)的一字端(20)与光电探测器(103)相连接，因此采用基于单片机或FPGA的I2C、TTL或RS232控制方法依次切换1×N型光开关(102)的各通道，便可通过一个光电探测器(103)获得AWG(101)分叉端中第n通道和第n+1通道的光功率值P_n和P_n+1，这时待测信号光的波长值λ便可以通过一定的公式经过数据处理单元的后续处理得到，该计算公式为：

式中A为AWG(101)的通道3dB带宽值，B为AWG(101)的相邻通道波长间隔值，λ_n和λ_n+1分别为AWG(101)中第n个和第n+1个通道的中心波长值，P_n和P_n+1分别为AWG(101)第n个和第n+1个通道输出的光功率值，P_n和P_n+1的单位为dBm。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，该光波长计包括：一个1×N的AWG(101)、一个1×N的光开关(102)、一个光电探测器(103)和数据处理单元(104)；

所述AWG(101)的分叉端（11）至分叉端1N分别依次连接到所述光开关(102)的分叉端（21）至分叉端2N；

2.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述1×N的AWG(101)的各通道传输谱为高斯型或近似高斯型结构。

3.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述1×N的光开关(102)为微电子机械式光开关。

4.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述1×N的光开关(102)采用I2C、TTL或RS232作为控制器控制所述光开关(102)的各通道。

5.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述光电探测器(103)为带尾纤输入的光电二极管。

6.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述光电探测器(103)为空间准直对焦结构的光电二极管。

7.根据权利要求2所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述AWG的各通道传输谱均分为输入波导区(1001)、第一自由传输区(1002)、波导阵列(1003)、第二自由传输区(1004)和输出波导区(1005)；

所述输入波导区(1001)与所述第一自由传输区(1002)相连，所述第一自由传输区(1002)与所述波导阵列(1003)相连，信号光从所述输入波导区 (1001)进入在所述第一自由传输区(1002)进行高斯远场衍射，所得的衍射光以相同的相位到达所述波导阵列(1003)，所述衍射光经过所述波导阵列(1003)传输后在所述波导阵列(1003)的输出端将具有不同的相位差；

8.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述1×N的光开关(102)采用单片机作为控制器控制所述1×N的光开关(102)的各通道。

9.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述1×N的光开关(102)为机械式光开关。

10.根据权利要求1所述的基于AWG和光开关的光波长计，其特征在于，所述1×N的光开关(102)为磁光开关或光栅开关。