RU167467U1 - Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры - Google Patents

Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры Download PDF

Info

Publication number
RU167467U1
RU167467U1 RU2016130988U RU2016130988U RU167467U1 RU 167467 U1 RU167467 U1 RU 167467U1 RU 2016130988 U RU2016130988 U RU 2016130988U RU 2016130988 U RU2016130988 U RU 2016130988U RU 167467 U1 RU167467 U1 RU 167467U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
radiation
optical
symmetric
symmetric optical
Prior art date
Application number
RU2016130988U
Other languages
English (en)
Inventor
Диляра Ильинична Касимова
Олег Геннадьевич Морозов
Геннадий Александрович Морозов
Рустам Шаукатович Мисбахов
Ильнур Ильдарович Нуреев
Айдар Ревкатович Насыбуллин
Валерий Валерьевич Куревин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2016130988U priority Critical patent/RU167467U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU167467U1 publication Critical patent/RU167467U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

Устройство относится к измерениям для определения центральной частоты симметричной оптической структуры, значение которой строго регламентируется ITU в телекоммуникационных системах. Заявленное устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры осуществляет генерацию одночастотного оптического излучения, формирует его в двухчастотное зондирующее излучение с двумя составляющими равной амплитуды, подает двухчастотное зондирующее излучение на вход и принимает с выхода симметричной оптической структуры. При этом заявленное устройство перестраивает двухчастотное зондирующее излучение в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот симметричной оптической структуры, после чего регистрирует изменения параметров двухчастотного зондирующего излучения, по которым далее определяет центральную частоту симметричной оптической структуры. Технический результат - повышение точности измерений определения центральной частоты как узкополосной, так и широкополосной симметричной оптической структуры. 3 ил.

Description

Техническое решение относится к устройствам оптических измерений, в частности, к устройствам для определения центральной частоты симметричной оптической структуры, значение которой строго регламентируется ITU в телекоммуникационных системах и определяет качество связи, в сенсорных системах является величиной, однозначно несущей информацию о величине внешнего воздействия некоторого физического поля, или определяет центральное положение области частот радиосигналов, обрабатываемых в оптическом диапазоне в радиофотонных системах. Объектом указанных измерений являются симметричные оптические структуры, условно имеющие при линейной аппроксимации трапецеидальную форму: два симметричных склона и плоскую вершину. При этом симметричные оптические структуры будем считать узкополосными, если спектральная протяженность вершины равна нулю, и широкополосными, если больше нуля. Примером первых являются классические волоконно-оптические решетки Брэгга, интерферометры Фабри-Перо, упорядоченные волоконные решетки, тонкопленочные фильтры и т.п., примером вторых - перестраиваемые оптические мультиплексоры ввода-вывода, чирпированные решетки Брэгга, полосовые оптические фильтры и т.п.
Известно устройство для определения центральной частоты симметричных оптических структур (описанный в работе Wang Y, Zhang J, Coutinho О, Yao J. «Interrogation of a linearly chirped fiber Bragg grating sensor with high resolution using a linearly chirped optical waveform», Opt Lett. 2015 Nov 1;40(21)), которое содержит последовательно соединенные источник ЛЧМ оптического излучения, контроллер, преобразователь оптического излучения, циркулятор, фотоприемник, контроллер управления и измерения характеристик симметричных оптических структур, волоконно-оптический кабель и оптическую структуру.
Устройство работает следующим образом. Генерируют одночастотное ЛЧМ оптическое излучение, подают его на вход и принимают с выхода оптической структуры, регистрируют параметры биений зондирующего и отраженного сигналов, по которым далее вычисляют центральную частоту оптической структуры
Figure 00000001
.
Описанное выше устройство для определения центральной частоты симметричных оптических структур использует оборудование, применимое в полевых условиях. Данное устройство позволяет определять центральную частоту как узкополосных, так и широкополосных симметричных оптических структур. Его использование позволяет избавиться от применения сложной дорогостоящей спектральной аппаратуры или аппаратуры для векторного или скалярного анализа. Кроме того, применение для анализа центральной частоты симметричных оптических структур биений зондирующего и отраженного сигналов, и перенос информации на частоту биений позволяет избавиться от флуктуаций низкочастотной природы.
Однако недостатком данного устройства для определения центральной частоты симметричных оптических структур является наличие паразитной амплитудной модуляции при формировании одночастотного ЛЧМ оптического излучения и малая величина частоты биений, на которой производится анализ центральной частоты, лежащей в области максимальных шумов фотоприемника, что снижает чувствительность, отношение сигнал/шум и точность измерений. Малая величина частоты биений определяется обязательным наличием второй, рядом расположенной опорной решетки, не подверженной воздействию внешних физических полей, что усложняет конструкцию устройства и требования к его эксплуатации в полевых условиях.
Прототипом технического решения является устройство для определения центральной частоты симметричных оптических структур (Патент РФ №2512616 С2 на изобретение «Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления», МПК G01K 11/32, 10.04.2014), которое содержит последовательно соединенные перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное, циркулятор, первый волоконно-оптический кабель, узкополосную симметричную оптическую структуру, второй волоконно-оптический кабель, выход которого через второй вход и второй выход циркулятора соединен с детектором, а также контроллер управления и измерения центральной частоты узкополосных симметричных оптических структур, причем перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное, циркулятор, контроллер управления и измерения центральной частоты узко-полосных оптических структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления.
Устройство работает следующим образом. Генерируют одночастотное оптическое излучение с частотой
Figure 00000002
, формируют из него двухчастотное зондирующее излучение с двумя составляющими равной амплитуды соответственно на частотах
Figure 00000003
со средней
Figure 00000004
и разностной частотами
Figure 00000005
лежащими в области полосы пропускания симметричной оптической структуры, подают его на вход и принимают с выхода симметричной оптической структуры, при этом частоту одночастотного оптического излучения
Figure 00000006
перестраивают в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот симметричного оптического фильтра, причем в ходе перестройки
Figure 00000007
оставляют неизменной, регистрируют изменения параметров двухчастотного зондирующего излучения, а именно, средней частоты двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000008
и коэффициента модуляции
Figure 00000009
огибающей биений между составляющими двухчастотного зондирующего излучения на выходе симметричной оптической структуры, по которым далее определяют центральную частоту
Figure 00000010
симметричной оптической структуры.
Данное устройство использует оборудование, применимое в условиях производства и реальных технологических процессов. Его использование, также, как и в приведенном аналоге, позволяет избавиться от применения сложной дорогостоящей спектральной аппаратуры или аппаратуры для векторного или скалярного анализа, а также от шумов низкочастотной природы. Применение для анализа центральной частоты симметричных оптических фильтров биений компонент двухчастотного зондирующего излучения, и перенос информации на частоту биений, которая лежит в области минимальных шумов фотоприемника, позволяет повысить чувствительность, отношение сигнал/шум и точность измерений по сравнению с аналогом.
Однако недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, является использование широкополосного детектора, ширина полосы пропускания которого может достигать десятков ГГц и определяется полосой пропускания симметричного оптического фильтра и значением большей разностной частоты двухчастотного зондирующего излучения. Данная полоса пропускания больше, чем у аналога, и в этом случае интегральный вклад шумов при обработке сигнала на выходе детектора будет значительным.
Вторым недостатком указанного устройства, выбранного в качестве прототипа, является его фактическое назначение для работы с узкополосными симметричными оптическими структурами. Возможность работы с широкополосными оптическими структурами определяется ситуацией, когда разностная частота двухчастотного зондирующего излучения больше, чем спектральная ширина плоской вершины симметричной оптической структуры. В противном случае невозможно определение центральной частоты широкополосных симметричных оптических структур, поскольку при определенных разностной частоте и шаге сканирования возможна ситуация, при которой коэффициент модуляции огибающей биений между компонентами двухчастотного зондирующего излучения будет равен 1 неоднократно, также как и будут равны амплитуды принятых составляющих при ряде последовательных измерений, что противоречит условиям реализации.
Решаемая техническая задача (технический результат) предлагаемого устройства для определения центральной частоты симметричной оптической структуры заключается в повышении точности измерений определения центральной частоты как узкополосной, так и широкополосной симметричной оптической структуры.
Решаемая техническая задача в устройстве для определения центральной частоты симметричной оптической структуры, содержащем последовательно соединенные перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное, циркулятор, первый волоконно-оптический кабель, один конец которого соединен с первым выходом циркулятора, а второй конец - с входом симметричной оптической структуры, второй волоконно-оптический кабель, один конец которого соединен с выходом симметричной оптической структуры, а второй конец - со вторым входом циркулятора, циркулятор вторым выходом соединен с детектором, а также контроллер управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур, причем перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное, контроллер управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления, достигается тем, что в него дополнительно введен перестраиваемый фильтр разностной частоты, вход которого подключен к выходу детектора, а выход - к входу контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур, который выполнен как контроллер управления и измерения центральной частоты узкополосных и широкополосных симметричных оптических структур, при этом перестраиваемый фильтр разностной частоты имеет вход/выход управления, подключенный к шине управления, а преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное выполнен как амплитудный электрооптический модулятор.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства.
На фиг. 2 показано спектральное расположение двухчастотного зондирующего излучения относительно симметричной оптической структуры в случае совпадения их средней частоты с резонансной частотой, где
Figure 00000011
- частоты составляющих зондирующего излучения на выходе преобразователя одночастотного оптического излучения в двухчастотное,
Figure 00000012
- средняя частота двухчастотного зондирующего излучения,
Figure 00000013
- центральная (резонансная) частота,
Figure 00000014
- коэффициент модуляции огибающей биений между составляющими двухчастотного зондирующего излучения.
На фиг. 3 показана относительная обобщенная расстройка полосы пропускания симметричной оптической структуры, на которой отображена зависимость коэффициента модуляции огибающей биений между составляющими двухчастотного зондирующего излучения, полученного на выходе преобразователя одночастотного оптического излучения в двухчастотное, прошедшего через симметричную оптическую структуру и зарегистрированного на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты, от относительной обобщенной расстройки полосы пропускания симметричной оптической структуры.
В приложении 1 представлены алгоритмы работы контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур для осуществления измерений.
Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры (фиг. 1) содержит последовательно соединенные перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения 1, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2, циркулятор 3, первый волоконно-оптический кабель 4, один конец которого соединен с первым выходом циркулятора 3, а второй конец - с входом симметричной оптической структуры 5, второй волоконно-оптический кабель 6, один конец которого соединен с выходом симметричной оптической структуры 5, а второй конец - со вторым входом циркулятора 3, циркулятор 3 вторым выходом соединен с детектором 7, а также контроллер управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8, причем перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения 1, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2, контроллер управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8 имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления 9, причем в него дополнительно введен перестраиваемый фильтр разностной частоты 10, вход которого подключен к выходу детектора 7, а выход - к входу контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8, который выполнен как контроллер управления и измерения центральной частоты узкополосных и широкополосных симметричных оптических структур, при этом перестраиваемый фильтр разностной частоты 10 имеет вход/выход управления, подключенный к шине управления, а преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное выполнен как амплитудный электрооптический модулятор.
Изображенными на фиг. 1 штриховыми линиями условно показаны первая 4 и вторая 6 линии передачи, выполненные на основе волоконно-оптического кабеля. Соединения между перестраиваемым по частоте источником одночастотного оптического излучения 1, преобразователем одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2, циркулятором 3 и детектором 7 также показаны штриховыми линиями, поскольку имеют отношения к оптическим блокам. Тип используемых соединений условно не показан, поскольку они могут быть выполнены в любом исполнении, в том числе и в интегральном виде при интегральном объединении всех блоков устройства для определения центральной частоты симметричной оптической структуры. Система электропитания блоков, входящих в состав, условно не показана.
На фиг. 2 показано спектральное расположение двухчастотного зондирующего излучения относительно симметричной оптической структуры в случае совпадения их средней частоты
Figure 00000015
с резонансной частотой
Figure 00000016
Изображенные на фиг. 2 составляющие двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000017
и их расположение показаны в случае совпадения их средней частоты
Figure 00000018
с резонансной частотой
Figure 00000019
Сигнал, зондирующий симметричную оптическую структуру, в отличие от существующих аналогов и прототипа, представляет собой двухчастотное зондирующее излучение соответственно с составляющими
Figure 00000020
и
Figure 00000021
, со средней
Figure 00000022
и разностной частотами
Figure 00000023
. Исходные амплитуды составляющих на выходе преобразователя одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2 равны.
На фиг. 3 показана относительная обобщенная расстройка полосы пропускания симметричной оптической структуры 5, на которой отображена зависимость коэффициента модуляции огибающей биений между составляющими двухчастотного зондирующего излучения, полученного на выходе преобразователя одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2, прошедшего через симметричную оптическую структуру 5 и зарегистрированного на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты 10, от относительной обобщенной расстройки полосы пропускания симметричной оптической структуры 5.
Изображенная на фиг. 3 зависимость коэффициента модуляции огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000024
на разностной частоте
Figure 00000025
от относительной обобщенной расстройки полосы пропускания симметричной оптической структуры 5 представлена для случая, когда разностная частота
Figure 00000026
достаточно мала, чтобы не превысить полуширины склонов симметричной оптической структуры 5. Характерной точкой данной зависимости является точка нулевой относительной обобщенной расстройки, которая соответствует равенству средней частоты
Figure 00000027
зондирующего излучения резонансной частоты
Figure 00000028
. В этом случае коэффициент модуляции
Figure 00000029
огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения на разностной частоте
Figure 00000030
зарегистрированный на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты 10, будет равен значению «1».
Все сказанное выше относится и к зависимости коэффициента модуляции
Figure 00000031
огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения с разностной частотой
Figure 00000032
Факт равенства коэффициентов модуляции
Figure 00000033
и
Figure 00000034
значения «1» для огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения с разностной частотой
Figure 00000035
зарегистрированных на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты 10 используется для принятия решения об определении резонансной частоты
Figure 00000036
Рассмотрим работу устройства для определения центральной частоты симметричной оптической структуры.
Для начала работы с устройством производят включение блоков к сети электропитания согласно их нормируемому напряжению.
Для измерения характеристик симметричной оптической структуры с помощью перестраиваемого по частоте источника одночастотного оптического излучения в двухчастотное 1 генерируют исходное одночастотное оптическое излучение, из которого формируют двухчастотное зондирующее излучение с двумя составляющими равной амплитуды в преобразователе одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2.
Для этого с контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8 через шину управления 9 подается команда управления параметрами генерации перестраиваемого по частоте источника одночастотного оптического излучения 1, преобразования в преобразователе одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2 и настройки перестраиваемого фильтра разностной частоты 10. Алгоритм работы контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8 для осуществления измерений представлен в Приложении 1.
В соответствии с алгоритмом работы с поданной командой зондирующий сигнал в преобразователе одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2 формируют двухчастотным, состоящим из двух одночастотных сигналов равной амплитуды соответственно на частотах
Figure 00000037
и
Figure 00000038
. Для его формирования в перестраиваемом по частоте источнике одночастотного оптического излучения 1 генерируют среднюю частоту, равную
Figure 00000039
. Средняя частота поступает в преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2, в котором по полученной команде задают разностную частоту между формируемыми двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000040
, лежащую в области полосы пропускания симметричной оптической структуры 5. При этом сама средняя частота подавляется. На сформированную разностную частоту
Figure 00000041
производится настройка перестраиваемого фильтра разностной частоты 10, причем разностную частоту
Figure 00000042
выбирают достаточно малой, чтобы не превысить полуширины склонов симметричной оптической структуры 5, и оставляют неизменной в ходе перестройки средней частоты
Figure 00000043
.
Затем передают двухчастотное зондирующее излучение к симметричной оптической структуре 5 через циркулятор 3 и первый волоконно-оптический кабель 4. В двухчастотном зондирующем излучении, проходящем через симметричную оптическую структуру 5, происходит изменение амплитуд составляющих зондирующего излучения - они становятся равными в зависимости от взаимного положения его средней частоты
Figure 00000044
и резонансной частоты
Figure 00000045
симметричной оптической структуры 5.
Далее принимают двухчастотное излучение после воздействия на симметричную оптическую структуру 5 на детекторе 7. В соответствии с алгоритмом работы включают циркулятор 3 по команде с контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8 в режим «двойного Т-моста» так, что прошедшее через симметричную оптическую структуру 5 выходное двухчастотное излучение через второй волоконно-оптический кабель 6 и второй вход циркулятора 3 поступает на второй выход циркулятора 3 и потом на детектор 7.
На выходе детектора 7 образуется сигнал, прошедший через симметричную оптическую структуру 5, соответствующий биениям двухчастотного сигнала на разностной частоте
Figure 00000046
, который выделяется перестраиваемым фильтром разностной частоты 10.
Далее в соответствии с алгоритмом работы подают команду по шине управления 9 с контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8 на перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения 1 для перестройки средней частоты
Figure 00000047
двухчастотных излучений с заданным шагом в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот симметричной оптической структуры 5 и на преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2 для сохранения постоянной в ходе перестройки разностной частоты
Figure 00000048
.
В ходе перестройки средней частоты
Figure 00000049
одночастотного оптического излучения в контроллере управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур 8 запоминают некоторое значение коэффициента модуляции огибающей биений между составляющими двухчастотного излучения
Figure 00000050
, причем;
Figure 00000051
и фиксируют соответствующее ему значение средней частоты двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000052
. Далее в ходе перестройки запоминают значение коэффициента модуляции огибающей биений между составляющими двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000053
и фиксируют соответствующее ему значение средней частоты
Figure 00000054
. После чего завершают перестройку частоты одночастотного оптического излучения
Figure 00000055
и вычисляют центральную частоту симметричной оптической структуры как
Figure 00000056
Алгоритм работы контроллера управления и измерения центральной частоты симметричной оптической структуры 8 для осуществления измерений в заявке на полезную модель представлен в Приложении 1.
На фиг. 2 показано спектральное расположение двухчастотного зондирующего излучения относительно симметричной оптической структуры в случае совпадения их средней частоты
Figure 00000057
с резонансной частотой
Figure 00000058
Изображенные на фиг. 2 составляющие двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000059
и их расположение показаны в случае совпадения их средней частоты
Figure 00000060
с резонансной частотой
Figure 00000061
Исходные амплитуды составляющих на выходе преобразователя одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2 равны.
Изображенная на фиг. 3 зависимость коэффициента модуляции огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения
Figure 00000062
на разностной частоте
Figure 00000063
от относительной обобщенной расстройки полосы пропускания симметричной оптической структуры 5 представлена для случая, когда разностная частота
Figure 00000064
достаточно мала, чтобы не превысить полуширины склонов симметричной оптической структуры 5. Характерной точкой данной зависимости является точка нулевой относительной обобщенной расстройки, которая соответствует равенству средней частоты
Figure 00000065
зондирующего излучения резонансной частоте
Figure 00000066
. В этом случае коэффициент модуляции
Figure 00000067
огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения на разностной частоте
Figure 00000068
зарегистрированный на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты 10, будет равен значению «1».
Все сказанное выше относится и к зависимости коэффициента модуляции
Figure 00000069
огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения с разностной частотой
Figure 00000070
Факт равенства коэффициентов модуляции
Figure 00000071
и
Figure 00000072
значения «1» для огибающей биений двухчастотного зондирующего излучения с разностной частотой
Figure 00000073
зарегистрированных на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты 10, используется для принятия решения об определении резонансной частоты
Figure 00000074
Перестраиваемый фильтр разностной частоты 10 выполнен перестраиваемым для выполнения условия по соответствию значения разностной частоты
Figure 00000075
которое должно быть достаточно малым, чтобы не превысить полуширины склонов симметричной оптической структуры.
Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры может быть реализовано на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1550 нм (возможны и другие длины волн):
- перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения 1 - одночастотный лазерный перестраиваемый диод с диапазоном перестройки до 40 нм, определяемым шириной полосы пропускания симметричной оптической структуры, например, Phoenix-1000, фирмы Luna;
- преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное 2 - электрооптический модулятор Маха-Цендера, например, MX-LN-10, фирмы IXBLUE;
- циркулятор 3 - циркулятор РМОС-4-15, фирмы DK Photonics Technology Limited, на четыре вывода;
- первый и второй волоконно-оптический кабели 4 и 6 - эталонные шнуры или кабели на волокне SMF-28 фирмы Corning;
- симметричная оптическая структура 5 - исследуемые решетки и фильтры;
- детектор 7 - детектор огибающий ADL5511 или ADL6010 фирмы Analog Devices;
- контроллер управления и измерения спектральных характеристик оптических структур 8 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;
- шина управления 9 – шины, реализующие передачу сигналов управления и данных по протоколам Modbus, RS и других.
- перестраиваемый фильтр разностной частоты 10 - фирма Agilent, K&L, Магнетон.
При реализации устройства для определения центральной симметричных оптических структур все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле в интегральном исполнении.
По сравнению с существующими устройствами (включая прототип) для определения центральной частоты симметричной оптической структуры, которая характеризуется изменениями коэффициента модуляции в зависимости от изменения электрофизических параметров материалов, предложенное устройство с двухчастотным зондированием и измерением коэффициентов модуляции указанного двухчастотного оптического излучения после прохождения через него с дальнейшим вычислением характеристик не требует применения широкополосного приема, а позволяет обрабатывать сигнал на частотах биений компонент двухчастотных сигналов, равных разностным частотам между ними, и выделенных перестраиваемым фильтром разностной частоты, что существенно сужает полосу пропускания приемной части устройства и, соответственно, повышает отношение сигнал/шум измерений. Кроме того, полоса пропускания перестраиваемых фильтров разностной частоты находится в области минимальных шумов детектора, что, соответственно, также повышает отношение сигнал/шум измерений.
При прямом детектировании собственные шумы детектора излучения превалируют над внешними и определяют пороговую мощность принимаемого сигнала. Выигрыш по отношению сигнал/шум можно вычислить с помощью следующего выражения:
Figure 00000076
5
где
Figure 00000077
- спектральная плотность шума детектора.
При этом выигрыш будет определяться в основном различной природой и уровнем шумов в различных частотных диапазонах, несмотря на некоторое увеличение требуемой полосы пропускания.
Для прямого детектирования диапазона
Figure 00000078
в детекторе - это токовые шумы с распределением вида
Figure 00000079
и другие мощные шумы и флуктуации низкочастотной природы.
Для диапазона
Figure 00000080
детектора - это дробовой шум малой интенсивности, где
Figure 00000081
- полоса пропускания детектора, необходимая для регистрации амплитуды зондирующего излучения после его взаимодействия с симметричной оптической структурой. Для измерений в оптическом диапазоне выигрыш может составить 1-2 порядка.
Кроме того, при реализации устройства из алгоритмов работы его блоками и измерения характеристик резонансных структур, отраженных в Приложении 1, были исключены операции, связанные с перестройкой разностной частоты, что позволило упростить их структуру по сравнению с прототипом.
Испытания показали, что использование зондирования двухчастотными излучениями симметричной оптической структуры и регистрация средней частоты и коэффициентов модуляции огибающих биений его компонент на выходе перестраиваемого фильтра разностной частоты, позволили достичь отношения сигнал/шум измерений ~ 60 дБ.
Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи (технического результата) предлагаемого устройства для определения центральной частоты симметричной оптической структуры - повышение точности измерений определения центральной частоты как узкополосной, так и широкополосной симметричной оптической структуры.
Figure 00000082

Claims (1)

  1. Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры, содержащее последовательно соединенные перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное, циркулятор, первый волоконно-оптический кабель, один конец которого соединен с первым выходом циркулятора, а второй конец - с входом симметричной оптической структуры, второй волоконно-оптический кабель, один конец которого соединен с выходом симметричной оптической структуры, а второй конец - со вторым входом циркулятора, циркулятор вторым выходом соединен с детектором, а также контроллер управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур, причем перестраиваемый по частоте источник одночастотного оптического излучения, преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное, контроллер управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления, отличающееся тем, что в него дополнительно введен перестраиваемый фильтр разностной частоты, вход которого подключен к выходу детектора, а выход - к входу контроллера управления и измерения центральной частоты симметричных оптических структур, который выполнен как контроллер управления и измерения центральной частоты узкополосных и широкополосных симметричных оптических структур, при этом перестраиваемый фильтр разностной частоты имеет вход/выход управления, подключенный к шине управления, а преобразователь одночастотного оптического излучения в двухчастотное выполнен как амплитудный электрооптический модулятор.
RU2016130988U 2016-07-27 2016-07-27 Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры RU167467U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130988U RU167467U1 (ru) 2016-07-27 2016-07-27 Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130988U RU167467U1 (ru) 2016-07-27 2016-07-27 Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU167467U1 true RU167467U1 (ru) 2017-01-10

Family

ID=58451970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130988U RU167467U1 (ru) 2016-07-27 2016-07-27 Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU167467U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7680160B2 (en) * 2002-02-12 2010-03-16 Finisar Corporation Control circuit for optoelectronic module with integrated temperature control
RU102256U1 (ru) * 2010-09-06 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) Устройство для измерения параметров физических полей
RU2495380C2 (ru) * 2010-09-22 2013-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) Способ измерения параметров физических полей
RU2520963C2 (ru) * 2012-08-20 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Оптические измерительные системы" Волоконно-оптическая измерительная система (варианты)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7680160B2 (en) * 2002-02-12 2010-03-16 Finisar Corporation Control circuit for optoelectronic module with integrated temperature control
RU102256U1 (ru) * 2010-09-06 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) Устройство для измерения параметров физических полей
RU2495380C2 (ru) * 2010-09-22 2013-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) Способ измерения параметров физических полей
RU2520963C2 (ru) * 2012-08-20 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Оптические измерительные системы" Волоконно-оптическая измерительная система (варианты)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6612284B2 (ja) ブリルアン及びレイリー分布センサ
CN108418629B (zh) 一种基于双光频梳的宽带微波测量装置和方法
JP5043714B2 (ja) 光ファイバ特性測定装置及び方法
RU102256U1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
CN103604446A (zh) 一种基于单探测器的多通道光纤光栅绝对波长解调系统与方法
CN110383714B (zh) 使用频谱相关性对已调制信号的频谱形状进行无噪声测量
CN106959388B (zh) 一种基于光学频率梳的微波频率测量方法及装置
US20190204192A1 (en) Fiber optic interrogation system for multiple distributed sensing systems
Krivosheev et al. State-of-the-Art Methods for Determining the Frequency Shift of Brillouin Scattering in Fiber-Optic Metrology and Sensing
CN110702985B (zh) 拍频式频谱侦测系统
RU2623710C1 (ru) Способ определения центральной частоты симметричной оптической структуры (варианты) и устройство для его реализации
RU2512616C2 (ru) Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления
JP7352962B2 (ja) ブリルアン周波数シフト測定装置及びブリルアン周波数シフト測定方法
RU167467U1 (ru) Устройство для определения центральной частоты симметричной оптической структуры
RU193095U1 (ru) Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов
RU2608394C1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
CN109004983B (zh) 一种基于相位到强度调制转换原理的精确传感方法
RU2721739C1 (ru) Волоконно-оптическая система измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов
JP6602689B2 (ja) 光線路特性解析装置及び信号処理方法
RU92180U1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
RU161644U1 (ru) Устройство для измерения параметров физических полей
CN111257283B (zh) 折射率传感测量装置及方法
RU124812U1 (ru) Устройство для измерения характеристик резонансных структур
RU2495380C2 (ru) Способ измерения параметров физических полей
CN112683313A (zh) 一种多光电振荡器的传感器阵列装置及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190728