本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置及其實驗方法。

背景技術(shù)：

雷達作為軍事戰(zhàn)略中防衛(wèi)和反擊的關(guān)鍵技術(shù)，其內(nèi)涵和研究內(nèi)容不斷拓展。光控相控陣雷達技術(shù)在強雜波、強干擾和硬打擊等工作條件下表現(xiàn)出良好的性能，具有很大的技術(shù)潛力，因此其發(fā)展和研究受到了國內(nèi)外的普遍重視。

以光纖延遲線作為延遲器件的相控陣雷達就是光控相控陣雷。其核心是光控相控陣天線，由許多輻射單元排列而成。現(xiàn)有的可調(diào)諧真延時系統(tǒng)主要包括對激光器輸出波長的調(diào)諧、對光纖光柵的調(diào)諧、光開關(guān)的切換等。在具體的系統(tǒng)設計中，受到成本限制、空間尺寸的約束、電磁場干擾、調(diào)諧范圍小、調(diào)諧精度低等各種問題。因此，國內(nèi)外學者一直致力于對可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的設計與改善。

2008年，南洋理工大學Pham Q. Thai等人在《Simplified Optical Dual Beamformer Employing Multichannel Chirped Fiber Grating and Tunable Optical Delay Lines》中提出一種基于線性啁啾光纖光柵的可調(diào)諧延時系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含2個單波長激光器，2個可調(diào)諧窄線寬單波長激光器，、為一組，、為一組。第一組的兩束光被微波信號調(diào)制后，在多通道啁啾光柵中獲得兩個不同的延時，兩束光的延時差為。后經(jīng)過分光器進入不同通道，在第一個波分通道中，直接經(jīng)過解波分復用器、光電探測器解調(diào)出來；在第二個波分通道中，附加了一個延時時間為的可調(diào)延時器。由激光器、輸出四組電信號，陣元間的延時差為。同理，由激光器、輸出的四組電信號，陣元間的延時差為。該系統(tǒng)調(diào)諧可調(diào)延時器，引入多路誤差，同時需要調(diào)諧多個器件，操作比較復雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置及其實驗方法，通過同步調(diào)諧線性啁啾光纖光柵和激光器的輸出波長，實現(xiàn)對系統(tǒng)信號延時差的實時調(diào)諧與控制。本發(fā)明可以對復用信號中某一信號延遲時間進行單獨調(diào)諧，減少了誤差源，調(diào)諧精度高，調(diào)諧范圍大，同時，結(jié)構(gòu)簡單，制作難度低。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置，包括波長可調(diào)諧激光器、固定波長激光器、第一波分復用器、第二波分復用器、第三波分復用器、信號發(fā)生器、電光調(diào)制器、第一延遲線單元、第二延遲線單元、第三延遲線單元、第四延遲線單元、分光器、四個光電探測器。

波長可調(diào)諧激光器和固定波長激光器分別接入第一波分復用器的兩波分端口，第一波分復用器的復用端口接電光調(diào)制器的光輸入端，信號發(fā)生器接入電光調(diào)制器的信號輸入端，電光調(diào)制器的輸出端接第一延遲線單元，第一延遲線單元接分光器的輸入端，分光器的輸出端分別接第二延遲線單元和第三延遲線單元，第二延遲線單元接第二波分復用器的輸入端，第二波分復用器輸出端分別接兩個光電探測器，第三延遲線單元接第三波分復用器的輸入端，第三波分復用器的輸出端，一路接第三個光電探測器，另一路依次接第四延遲線單元和第四個光電探測器。

一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的實驗方法，方法步驟如下：

步驟1、將上述基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器并聯(lián)接入示波器，轉(zhuǎn)入步驟2；

步驟2、打開波長可調(diào)諧激光器和固定波長激光器，固定波長激光器輸出的波長經(jīng)第一波分復用器與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器，與來自信號發(fā)生器輸入的微波信號發(fā)生干涉，被調(diào)至后的光信號經(jīng)過第一光環(huán)行器后在第一均勻光纖光柵（7-1）處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器后被分為兩路信號，一路經(jīng)過第二光環(huán)行器后在第二均勻光纖光柵處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第二波分復用器與之匹配的波分通道后進入光電探測器，最后顯示在示波器上；而另一路光信號經(jīng)過第三光環(huán)行器后在第四線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第三波分復用器與之匹配的波分通道后進入光電探測器，最后顯示在示波器上；

同時波長可調(diào)諧激光器輸出的波長經(jīng)第一波分復用器與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器，與來自信號發(fā)生器輸入的微波信號發(fā)生干涉，被調(diào)至后的光信號經(jīng)過第一光環(huán)行器后在第一線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器后同樣被分為兩路信號，一路經(jīng)過第二光環(huán)行器后在第二線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第二波分復用器與之匹配的波分通道后進入光電探測器，最后顯示在示波器上；而另一路光信號經(jīng)過第三光環(huán)行器后在第三線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第三波分復用器與之匹配的波分通道后進入第四光環(huán)行器，在第五線性啁啾光纖光柵處發(fā)生補償反射后進入光電探測器，最后顯示在示波器上；

觀察并記錄此時四路信號在示波器上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟3；

步驟3、同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器的波長與第四線性啁啾光纖光柵，觀察并記錄此時四路信號在示波器上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟4；

步驟4、重復步驟3，向長波或短波方向同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器的波長與第四線性啁啾光纖光柵，觀察并記錄此時對應的波長下，四路信號在示波器上顯示的延時差；直至超出第二線性啁啾光纖光柵的反射譜范圍，轉(zhuǎn)入步驟5；

步驟5、繪制四路信號的延時差隨波長可調(diào)諧激光器的波長變化的動態(tài)圖，分析基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：

（1）減少了誤差源，提高了調(diào)諧精度，擴大了調(diào)諧范圍。

（2）實現(xiàn)對復用信號中某一信號延遲時間的單獨調(diào)諧。

（3）裝置簡單，制作難度低，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的測試結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明未調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器的輸出波長和可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵時的真延時示意圖。

圖4為本發(fā)明同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器的輸出波長和可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵時的真延時示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1和圖2，一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置，包括波長可調(diào)諧激光器1、固定波長激光器2、第一波分復用器3-1、第二波分復用器3-2、第三波分復用器3-3、信號發(fā)生器4、電光調(diào)制器5、第一延遲線單元、第二延遲線單元、第三延遲線單元、第四延遲線單元、分光器9、四個光電探測器10。

波長可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2分別接入第一波分復用器3-1的兩波分端口，第一波分復用器3-1的復用端口接電光調(diào)制器5的光輸入端，信號發(fā)生器4接入電光調(diào)制器5的信號輸入端，電光調(diào)制器5的輸出端接第一延遲線單元，第一延遲線單元接分光器9的輸入端，分光器9的輸出端分別接第二延遲線單元和第三延遲線單元，第二延遲線單元接第二波分復用器3-2的輸入端，第二波分復用器3-2輸出端分別接兩個光電探測器10，第三延遲線單元接第三波分復用器3-3的輸入端，第三波分復用器3-3的輸出端，一路接第三個光電探測器10，另一路依次接第四延遲線單元和第四個光電探測器10。

所述第一延遲線單元包括第一光環(huán)形器6-1、第一均勻光纖光柵7-1和第一線性啁啾光纖光柵8-1，電光調(diào)制器5的輸出端接第一光環(huán)行器6-1的1端口，第一光環(huán)行器6-1的2端口依次串聯(lián)第一均勻光纖光柵7-1和第一線性啁啾光纖光柵8-1，第一光環(huán)行器6-1的3端口接分光器9的輸入端。

所述第二延遲線單元包括第二光環(huán)形器6-2、第二均勻光纖光柵7-2和第二線性啁啾光纖光柵8-2，分光器9的輸出端接第二光環(huán)行器6-2的1端口，第二光環(huán)行器6-2的2端口依次串聯(lián)第二均勻光纖光柵7-2和第二線性啁啾光纖光柵8-2，第二光環(huán)行器6-2的3端口接第二波分復用器3-2的輸入端。

所述第三延遲線單元包括第三光環(huán)形器6-3、第三線性啁啾光纖光柵8-3和第四線性啁啾光纖光柵8-4，分光器9的輸出端接第三光環(huán)行器6-3的1端口，第三光環(huán)行器6-3的2端口依次串聯(lián)第三線性啁啾光纖光柵8-3和第四線性啁啾光纖光柵8-4，第三光環(huán)行器6-3的3端口接第三波分復用器3-3的輸入端。

所述第四延遲線單元包括第四光環(huán)行器6-4和第五線性啁啾光纖光柵8-5，第三波分復用器3-3的一路輸出端接第四光環(huán)行器6-4的1端口，第四光環(huán)行器6-4的2端口接第五線性啁啾光纖光柵8-5，第四光環(huán)行器6-4的3端口接第四個光電探測器10。

所述分光器9采用1×2 分光器。

一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的實驗方法，方法步驟如下：

步驟1、將上述基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器10并聯(lián)接入示波器11，轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2、打開波長可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2，固定波長激光器2輸出的波長經(jīng)第一波分復用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，和來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，被調(diào)至后的光信號經(jīng)過第一光環(huán)行器6-1后在第一均勻光纖光柵7-1處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后被分為兩路信號，一路經(jīng)過第二光環(huán)行器6-2后在第二均勻光纖光柵7-2處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第二波分復用器3-2與之匹配的波分通道后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；而另一路光信號經(jīng)過第三光環(huán)行器6-3后在第四線性啁啾光纖光柵8-4處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第三波分復用器3-3與之匹配的波分通道后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上。

同時波長可調(diào)諧激光器1輸出的波長經(jīng)第一波分復用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，和來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，被調(diào)至后的光信號經(jīng)過第一光環(huán)行器6-1后在第一線性啁啾光纖光柵8-1處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后同樣被分為兩路信號，一路經(jīng)過第二光環(huán)行器6-2后在第二線性啁啾光纖光柵8-2處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第二波分復用器3-2與之匹配的波分通道后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；而另一路光信號經(jīng)過第三光環(huán)行器6-3后在第三線性啁啾光纖光柵8-3處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第三波分復用器3-3與之匹配的波分通道后進入第四光環(huán)行器6-4，在第五線性啁啾光纖光柵8-5處發(fā)生補償反射后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上。

觀察并記錄此時四路信號在示波器11上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟3。

步驟3、同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長與第四線性啁啾光纖光柵8-4，觀察并記錄此時四路信號在示波器11上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟4、重復步驟3，向長波或短波方向同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長與第四線性啁啾光纖光柵8-4，觀察并記錄此時對應的波長下，四路信號在示波器11上顯示的延時差；直至超出第二線性啁啾光纖光柵8-2的反射譜范圍，轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5、繪制四路信號的延時差隨波長可調(diào)諧激光器1的波長變化的動態(tài)圖，分析基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

所述分光器9采用1×2 分光器，兩輸出端等長。

所述固定波長激光器2的波長在波長可調(diào)諧激光器1的波長范圍外。

所述第一波分復用器3-1、第二波分復用器3-2和第三波分復用器3-3完全相同，每個波分復用器中兩個波分通道的波長范圍覆蓋各自激光器輸出的波長，并且波長范圍沒有交疊。

所述以第五線性啁啾光纖光柵8-5的中心波長反射位置為測量基準，保證第二波分復用器3-2和第三波分復用器3-3的波分端口到四個光電探測器10的輸入端等光程。

所述信號發(fā)生器4的輸出頻率與電光調(diào)制器5的調(diào)制頻率、光電探測器10的探測頻率、示波器11的工作頻率匹配。

所述第一均勻光纖光柵7-1、第二均勻光纖光柵7-2的反射波長、第四線性啁啾光纖光柵8-4的中心反射波長均與固定波長激光器2的波長相同。第一線性啁啾光纖光柵8-1、第二線性啁啾光纖光柵8-2、第三線性啁啾光纖光柵8-3、第五線性啁啾光纖光柵8-5的中心反射波長均與波長可調(diào)諧激光器1的中心波長相同。

所述四個光環(huán)形器完全相同；四個光電探測器10完全相同。

所述第一線性啁啾光纖光柵8-1的啁啾系數(shù)是第二線性啁啾光纖光柵8-2的1/2，是第三線性啁啾光纖光柵8-3的1/2，是第四線性啁啾光纖光柵8-4的-1/2，是第五線性啁啾光纖光柵8-5的-1/2。

所述第一均勻光纖光柵7-1的中心位置與第一線性啁啾光纖光柵8-1的中心波長反射位置距離為2L，第二均勻光纖光柵7-2的中心位置與第二線性啁啾光纖光柵8-2的中心波長反射位置距離為L，第三線性啁啾光纖光柵8-3與第四線性啁啾光纖光柵8-4的中心波長反射位置距離為L，L的范圍為10~20mm。

上述步驟4中，同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長與第四線性啁啾光纖光柵8-4，即保證該輸出波長下，四路信號等延時差輸出。

實施例1

實驗測試了一款固定波長的激光器2，輸出波長為1542.9nm；一款波長可調(diào)諧激光器1，中心波長為1550.9nm，調(diào)諧范圍為；第一波分復用器3-1、第二波分復用器3-2和第三波分復用器3-3相同，其兩路波分通道的波長范圍分別為：、；第一均勻光纖光柵7-1的反射波長為1542.9nm，光柵長度為4mm，第一線性啁啾光纖光柵8-1的中心反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為3nm/cm，光柵長度為12mm，兩光柵首尾間距為12mm；第二均勻光纖光柵7-2的反射波長為1542.9nm，光柵長度為4mm，第二線性啁啾光纖光柵8-2的中心反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為6nm/cm，光柵長度為6mm，兩光柵首尾間距為5mm；第三線性啁啾光纖光柵8-3的反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為6nm/cm，光柵長度為6mm，第四線性啁啾光纖光柵8-4的中心反射波長為1542.9nm，啁啾系數(shù)為-6nm/cm，光柵長度為6mm，兩光柵首尾間距為4mm；第五線性啁啾光纖光柵8-5的反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為-6nm/cm，光柵長度為6mm；四個光電探測器10的內(nèi)部光纖長度均為40mm；其余部分有等長要求的，光程均為1000mm；信號發(fā)生器4的輸出頻率為3GHz，電光調(diào)制器5的工作頻率不大于12GHz，四個光電探測器10的探測頻率不大于12GHz，示波器11的工作頻率為0~4GHz；其測試裝置如圖2所示，一種基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的實驗方法，其方法步驟為：

步驟1、將上述基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器10并聯(lián)接入示波器11，轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2、打開波長可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2，固定波長激光器2輸出的波長經(jīng)第一波分復用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，和來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，被調(diào)至后的光信號經(jīng)過第一光環(huán)行器6-1后在第一均勻光纖光柵7-1處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后被分為兩路信號，一路經(jīng)過第二光環(huán)行器6-2后在第二均勻光纖光柵7-2處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第二波分復用器3-2與之匹配的波分通道后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；而另一路光信號經(jīng)過第三光環(huán)行器6-3后在第四線性啁啾光纖光柵8-4處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第三波分復用器3-3與之匹配的波分通道后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上。

波長可調(diào)諧激光器1輸出的波長經(jīng)第一波分復用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，和來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，被調(diào)至后的光信號經(jīng)過第一光環(huán)行器6-1后在第一線性啁啾光纖光柵8-1處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后同樣被分為兩路信號，一路經(jīng)過第二光環(huán)行器6-2后在第二線性啁啾光纖光柵8-2處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第二波分復用器3-2與之匹配的波分通道后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；而另一路光信號經(jīng)過第三光環(huán)行器6-3后在第三線性啁啾光纖光柵8-3處發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)第三波分復用器3-3與之匹配的波分通道后進入第四光環(huán)行器6-4，在第五線性啁啾光纖光柵8-5處發(fā)生補償反射后進入光電探測器10，最后顯示在示波器11上。

觀察并記錄此時四路信號在示波器11上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟3；

步驟3、同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長與第四線性啁啾光纖光柵8-4，觀察并記錄此時四路信號在示波器11上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟4、重復步驟3，向長波或短波方向同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長與第四線性啁啾光纖光柵8-4，觀察并記錄此時對應的波長下，四路信號在示波器11上顯示的延時差；直至超出第二線性啁啾光纖光柵8-2的反射譜范圍，轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5、繪制四路信號的延時差隨波長可調(diào)諧激光器1的波長變化的動態(tài)圖，分析基于波分復用的可調(diào)諧真延時實驗裝置的的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

結(jié)合圖1~圖4，本實施案例在未調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長和第四線性啁啾光纖光柵8-4的情況下，輸出延時差為100ps的四路信號；在此基礎(chǔ)上，同步調(diào)諧波長可調(diào)諧激光器1的波長和第四線性啁啾光纖光柵8-4，四路信號的延時差相應發(fā)生變化；進而獲得該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。本發(fā)明可以實現(xiàn)對復用信號中某一信號延遲時間的單獨調(diào)諧，減少了誤差源，提高了調(diào)諧精度，擴大了調(diào)諧范圍，同時，結(jié)構(gòu)簡單，制作難度低。