CN212571682U - 一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，利用激光器发出连续光信号中的待测信号依次经过第一光环形器、可调光纤延时线和待测光纤，经过第二光环形器的反射后，再经过待测光纤和可调光纤延时线，进入第一光环形器，与连续光信号中的参考光信号一起进入第一光电探测器中，发生干涉拍频，并由示波器显示，并通过数字信号处理器进行离散傅里叶频谱分析，并进行频谱细化，得到延时标准值，同时由比例积分微分控制器通过控制可调光纤延时线补偿待测光纤的延时变化，维持光纤的延时稳定，结构简单，易于实现高稳定的射频信号光纤传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤稳相技术领域，尤其涉及一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置。
背景技术
深空网络、分布式合成孔径雷达系统、高精度时钟分配以及粒子加速器等应用领域往往要求射频信号传输后保持非常稳定的相位，即射频信号的相位抖动尽可能小，这就需要相应的相位稳定系统支撑。最初射频信号稳定系统一般都在电域上对射频信号做处理，例如利用鉴相器分析射频信号的相位，进而通过反馈环路去不断调整链路中的移相器，最终实现射频信号相位稳定。随着射频信号光纤传输的出现，为稳相技术提供了一种新的思路。射频信号光纤传输技术将射频信号调制到光载波上，并通过光纤进行传输，其具有光域固有的大带宽、低损耗、高速率等优势。但受环境的干扰，传输光纤有效长度会产生波动，进而导致加载在光载波上的射频信号相位抖动。为了实现稳定射频信号光纤传输，人们提出了多种光纤稳相的方法，通常分为无源和有源两大类。现有的无源光纤稳相的方法利用多级混频实现相位矫正，由于在电域进行混频，链路存在带宽受限的缺点。有源光纤稳相的方法则利用有光源锁相环提取光纤延时抖动量，再利用可调谐光纤延时线进行补偿，这类方法的补偿结构往往较为复杂，高稳定的射频信号光纤传输的实现难度大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，结构简单，易于实现高稳定的射频信号光纤传输。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，所述基于可调谐激光器的光纤稳相装置包括激光器、第一光环形器、可调光纤延时线、待测光纤、第二光环形器、第一光电探测器、示波器、数字信号处理器和比例积分微分控制器，所述激光器与所述第一光环形器连接，并位于所述第一光环形器一侧，所述可调光纤延时线与所述第一光环形器连接，并位于远离所述激光器一侧，所述待测光纤与所述可调光纤延时线连接，并位于远离所述第一光环形器一侧，所述第二光环形器与所述待测光纤连接，并位于远离所述可调光纤延时线一侧，所述第一光电探测器与所述第一光环形器连接，并位于所述第一光环形器一侧，所述示波器与所述第一光电探测器连接，并位于远离所述第一光环形器一侧，所述数字信号处理器与所述示波器连接，并位于远离所述第一光电探测器一侧，所述比例积分微分控制器与所述数字信号处理器和所述可调光纤延时线连接，并位于所述数字信号处理器和所述可调光纤延时线之间。
其中，所述激光器的光纤稳相装置还包括波分复用器，所述波分复用器与所述激光器和所述第一光环形器连接，并位于所述激光器和所述第一光环形器之间。
其中，所述激光器的光纤稳相装置还包括分路器，所述分路器与所述波分复用器和所述激光器连接，并位于所述波分复用器和所述激光器之间。
其中，所述激光器的光纤稳相装置还包括波分解复用器，所述波分解复用器与所述待测光纤和所述第二光环形器连接，并位于所述待测光纤和所述第二光环形器之间。
其中，所述激光器的光纤稳相装置还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器与所述波分解复用器连接，并位于所述第二光环形器一侧。
其中，所述激光器的光纤稳相装置还包括合路器，所述合路器与所述分路器、所述第一光环形器和所述第一光电探测器连接，并位于所述第一光环形器和所述第一光电探测器之间。
本实用新型的一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，所述基于可调谐激光器的光纤稳相装置包括激光器、第一光环形器、可调光纤延时线、待测光纤、第二光环形器、第一光电探测器、示波器、数字信号处理器和比例积分微分控制器，利用激光器发出连续光信号中的待测信号依次经过第一光环形器、可调光纤延时线和待测光纤，经过第二光环形器的反射后，再经过待测光纤和可调光纤延时线，进入第一光环形器，与连续光信号中的参考光信号一起进入第一光电探测器中，发生干涉拍频，并由示波器显示，并通过数字信号处理器进行离散傅里叶频谱分析，并进行频谱细化，得到延时标准值，同时由比例积分微分控制器通过控制可调光纤延时线补偿待测光纤的延时变化，维持光纤的延时稳定，结构简单，易于实现高稳定的射频信号光纤传输。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置的结构示意图。
1-激光器、2-第一光环形器、3-可调光纤延时线、4-待测光纤、5-第二光环形器、6-第一光电探测器、7-示波器、8-数字信号处理器、9-比例积分微分控制器、10-第一激光器、11-第二激光器、12-波分复用器、13-分路器、14-波分解复用器、15-第二光电探测器、16-合路器。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，本实用新型提供一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，所述基于可调谐激光器的光纤稳相装置包括激光器1、第一光环形器2、可调光纤延时线3、待测光纤4、第二光环形器5、第一光电探测器6、示波器7、数字信号处理器8和比例积分微分控制器9，所述激光器1与所述第一光环形器2连接，并位于所述第一光环形器2一侧，所述可调光纤延时线3与所述第一光环形器2连接，并位于远离所述激光器1一侧，所述待测光纤4与所述可调光纤延时线3连接，并位于远离所述第一光环形器2一侧，所述第二光环形器5与所述待测光纤4连接，并位于远离所述可调光纤延时线3一侧，所述第一光电探测器6与所述第一光环形器2连接，并位于所述第一光环形器2一侧，所述示波器7与所述第一光电探测器6连接，并位于远离所述第一光环形器2一侧，所述数字信号处理器8与所述示波器7连接，并位于远离所述第一光电探测器6一侧，所述比例积分微分控制器9与所述数字信号处理器8和所述可调光纤延时线3连接，并位于所述数字信号处理器8和所述可调光延时线3之间。
在本实施方式中，假设所述激光器1发出的连续光信号频率为f＝f0+αt，其中，f0为可调激光器起始频率，α为频率调谐速率，并在经过所述第一光环形器2前，将连续光信号分为两部分，一部分作为参考信号，另一部分作为测量光信号，依次经过传输距离为L的所述可调光纤延时线3和所述待测光纤4，进入所述第二光环形器5，其中，所述待测光纤4的长度为100m，然后通过所述第二光环形器5将所述光信号反射回来，反射后的信号再经过传输距离为L的所述待测光纤4和所述可调光纤延时线3，进入所述第一光环形器2中，与所述参考光信号一起，传输进所述第一光电探测器6中，发生干涉拍频。干涉拍频后的信号由所述示波器7显示，并通过数字信号处理器8进行离散傅里叶频谱分析，并进行频谱细化，得到精确的电信号的频谱，得到中心频率为fm。当可调激光器频率扫描速度恒定的情况下，待测光纤4的延时量为τ＝fm/(α)，α为激光器频率调谐速率。当光纤受环境变化影响时，会带来光纤折射率及长度的变化，在时域上体现为光延时量的变化，记变化量为Δτ，而射频信号相位随光延时变化产生的相位抖动量为2πfRΔτ，其中fR为射频频率。通过构建所述比例积分微分(PID)控制器反馈环路，使反馈信号控制光延时线的延时量，进而去抵消Δτ，从而实现光纤保持稳定的光延时，仿真结果表明，光纤环境温度变化时，射频信号经过100m光纤传输后，光延时变化量为90fs，传输频率为32GHz的射频信号，其相位变化量为1°，可实现高稳定的射频信号光纤传输。
进一步的，所述激光器的光纤稳相装置还包括波分复用器12，所述波分复用器12与所述激光器1和所述第一光环形器2连接，并位于所述激光器1和所述第一光环形器2之间。
在本实施方式中，所述激光器1输出端连接到所述波分复用器12的输入端，利用所述波分复用器12将所述激光器1产生的多路光信号合成进入一条光纤传输。
进一步的，所述激光器1包括第一激光器10和第二激光器11，所述第一激光器10和所述第二激光器11均与所述波分复用器12连接，并位于远离所述第一光环形器2一侧
在本实施方式中，所述第一激光器10为可调谐扫频激光器，产生测量光信号，所述第二激光器11为固定频率激光器，产生业务光信号，频率为32GHz的射频信号直接调制业务光信号，测量光信号无射频信号调制，并且所述第一激光器10和所述第二激光器11产生的测量光信号和业务光信号经过所述波分复用器12合成进入一条光纤传输。
进一步的，所述激光器的光纤稳相装置还包括分路器13，所述分路器13与所述波分复用器12和所述激光器1连接，并位于所述波分复用器12和所述激光器1之间。
在本实施方式中，所述第一激光器10发出扫频光信号，由所述分路器13分为两路(分光比可根据实际需求确定)，一路作为测量信号进入所述波分复用器12与所述第二激光器11发出的业务信号复合到同一光纤进行传输，另一路作为参考信号与返回的测量信号共同进入第一光电探测器6拍频。
进一步的，所述激光器的光纤稳相装置还包括波分解复用器14，所述波分解复用器14与所述待测光纤4和所述第二光环形器5连接，并位于所述待测光纤4和所述第二光环形器5之间。
在本实施方式中，利用所述波分解复用器14，解复用后的光信号分为业务光信号和测量光信号，其中，测量光信号经过第二光环形器5返回所述波分解复用器14，进而返回所述待测光纤4，传输后到达第一光环形器2。
进一步的，所述激光器的光纤稳相装置还包括第二光电探测器15，所述第二光电探测器15与所述波分解复用器14连接，并位于所述第二光环形器5一侧。
在本实施方式中，利用所述第二光电探测器15将所述波分解复用器14中分解的业务光信号进行光电转换，解调出射频信号。
进一步的，所述激光器的光纤稳相装置还包括合路器16，所述合路器16与所述分路器13、所述第一光环形器2和所述第一光电探测器6连接，并位于所述第一光环形器2和所述第一光电探测器6之间。
在本实施方式中，利用所述合路器16将所述参考光信号和所述光测量信号一起送至所述第一光电探测器6中进行拍频。
本实用新型的一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，所述基于可调谐激光器的光纤稳相装置包括激光器1、第一光环形器2、可调光纤延时线3、待测光纤4、第二光环形器5、第一光电探测器6、示波器7、数字信号处理器8和比例积分微分控制器9，利用激光器1发出连续光信号中的待测信号依次经过第一光环形器2、可调光纤延时线3和待测光纤4，经过第二光环形器5的反射后，再经过待测光纤4和可调光纤延时线3，进入第一光环形器2，与连续光信号中的参考光信号一起进入第一光电探测器6中，发生干涉拍频，并由示波器7显示，并通过数字信号处理器8进行离散傅里叶频谱分析，并进行频谱细化，得到延时标准值，同时由比例积分微分控制器9通过控制可调光纤延时线3补偿待测光纤4的延时变化，维持光纤的延时稳定，结构简单，易于实现高稳定的射频信号光纤传输。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置，其特征在于，
所述基于可调谐激光器的光纤稳相装置包括激光器、第一光环形器、可调光纤延时线、待测光纤、第二光环形器、第一光电探测器、示波器、数字信号处理器和比例积分微分控制器，所述激光器与所述第一光环形器连接，并位于所述第一光环形器一侧，所述可调光纤延时线与所述第一光环形器连接，并位于远离所述激光器一侧，所述待测光纤与所述可调光纤延时线连接，并位于远离所述第一光环形器一侧，所述第二光环形器与所述待测光纤连接，并位于远离所述可调光纤延时线一侧，所述第一光电探测器与所述第一光环形器连接，并位于所述第一光环形器一侧，所述示波器与所述第一光电探测器连接，并位于远离所述第一光环形器一侧，所述数字信号处理器与所述示波器连接，并位于远离所述第一光电探测器一侧，所述比例积分微分控制器与所述数字信号处理器和所述可调光纤延时线连接，并位于所述数字信号处理器和所述可调光纤延时线之间。
2.如权利要求1所述的基于可调谐激光器的光纤稳相装置，其特征在于，
所述激光器的光纤稳相装置还包括波分复用器，所述波分复用器与所述激光器和所述第一光环形器连接，并位于所述激光器和所述第一光环形器之间。
3.如权利要求2所述的基于可调谐激光器的光纤稳相装置，其特征在于，
所述激光器的光纤稳相装置还包括分路器，所述分路器与所述波分复用器和所述激光器连接，并位于所述波分复用器和所述激光器之间。
4.如权利要求1所述的基于可调谐激光器的光纤稳相装置，其特征在于，
所述激光器的光纤稳相装置还包括波分解复用器，所述波分解复用器与所述待测光纤和所述第二光环形器连接，并位于所述待测光纤和所述第二光环形器之间。
5.如权利要求4所述的基于可调谐激光器的光纤稳相装置，其特征在于，
所述激光器的光纤稳相装置还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器与所述波分解复用器连接，并位于所述第二光环形器一侧。
6.如权利要求3所述的基于可调谐激光器的光纤稳相装置，其特征在于，
所述激光器的光纤稳相装置还包括合路器，所述合路器与所述分路器、所述第一光环形器和所述第一光电探测器连接，并位于所述第一光环形器和所述第一光电探测器之间。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021536016.1U CN212571682U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置 |
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| CN202021536016.1U CN212571682U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置 |
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| CN212571682U true CN212571682U (zh) | 2021-02-19 |
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| CN202021536016.1U Active CN212571682U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置 |
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| CN (1) | CN212571682U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111834873A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置 |
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2020
- 2020-07-29 CN CN202021536016.1U patent/CN212571682U/zh active Active
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| CN111834873A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 一种基于可调谐激光器的光纤稳相装置 |
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