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      基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置及方法與流程

      文檔序號:11147206閱讀:723來源:國知局
      基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置及方法與制造工藝

      本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置及方法。



      背景技術(shù):

      雷達作為軍事武器系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的探測和跟蹤目標(biāo),不僅要求分辨率高、反應(yīng)速度快,而且要做到抗干擾、同時監(jiān)測多個目標(biāo)。相控陣天線可以實現(xiàn)無物理運動轉(zhuǎn)向的信號波束控制,有效的提高了波束掃描的自適應(yīng)性,在雷達研究中脫穎而出。

      光纖材料延遲技術(shù)和相控陣技術(shù)的結(jié)合,就是光控相控陣技術(shù)。光纖材料本身體積小、重量輕、帶寬大、損耗低和抗電磁干擾能力強,成為光控相控陣雷達研究的主要推動因素。同時,光控相控陣技術(shù)解決了傳統(tǒng)相控陣的波束偏斜和帶寬受限的問題,受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注?,F(xiàn)有的光纖延遲線系統(tǒng)主要包括基于波長不變,路徑變化的光纖型延遲線和基于路徑基本不變,波長變化的色散型延遲線。建立和完善以光纖材料為核心的光纖延遲線系統(tǒng),成為推動光控相控陣技術(shù)發(fā)展的熱門話題。

      南洋理工大學(xué)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)。通過調(diào)諧激光器輸出波長和可調(diào)諧延遲器件,實現(xiàn)兩級延時,最終輸出兩組四路等延時差的信號。該系統(tǒng)過度依賴于可調(diào)激光器的波長輸出,不能對某一路或者某幾路信號進行單獨的時延調(diào)諧。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的在于提供一種基于離散LCFBG(線性啁啾光纖光柵)和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置及方法,通過對可調(diào)諧激光器、可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵和PZT的同步調(diào)諧,實現(xiàn)四路等延時差信號的輸出,并在此基礎(chǔ)上進行實時微調(diào)諧,精度高,結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,可封裝性好。

      實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置,其特征在于:包括可調(diào)諧激光器、固定波長激光器、第一波分復(fù)用器、第二波分復(fù)用器、第三波分復(fù)用器、第四波分復(fù)用器、第五波分復(fù)用器、信號發(fā)生器、電光調(diào)制器、第一光環(huán)行器、第二光環(huán)行器、第三光環(huán)行器、第四光環(huán)形器、四個光纖反射鏡、兩個壓電陶瓷(PZT)、分光器、第一線性啁啾光纖光柵、第二線性啁啾光纖光柵、第三線性啁啾光纖光柵、四個光電探測器;

      可調(diào)諧激光器和固定波長激光器接第一波分復(fù)用器的波分端口,第一波分復(fù)用器的復(fù)用端口和信號發(fā)生器分別接入電光調(diào)制器的兩個輸入端,電光調(diào)制器的輸出端接第一光環(huán)形器的1端口,第一光環(huán)形器的2端口接第二波分復(fù)用器的復(fù)用端口,第二波分復(fù)用器的兩個波分端口分別接兩個光纖反射鏡,其中一個光纖反射鏡的部分尾纖繞于PZT上,第一光環(huán)形器的3端口接分光器的輸入端,分光器的兩個輸出端分別接第二光環(huán)形器、第三光環(huán)形器的1端口;第二光環(huán)形器的2端口接第三波分復(fù)用器的復(fù)用端口,第三波分復(fù)用器的兩個波分端口分別接剩余兩個光纖反射鏡,其中一個光纖反射鏡的部分尾纖繞于PZT上,第二光環(huán)形器的3端口接第四波分復(fù)用器的復(fù)用端口,第四波分復(fù)用器的兩波分端口分別接兩個光電探測器;另一方面,第三光環(huán)形器的2端口接由第一線性啁啾光纖光柵和第二線性啁啾光纖光柵依次串聯(lián)而成的離散啁啾光纖光柵單元,第三光環(huán)形器的3端口接第五波分復(fù)用器的復(fù)用端口,第五波分復(fù)用器的一波分端口直接接光電探測器,另一波分端口接第四光環(huán)行器的1端口,第四光環(huán)行器的2端口接由第三線性啁啾光纖光柵,第四光環(huán)行器的3端口光電探測器。

      一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的方法,方法步驟如下:

      步驟1、將上述基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(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、打開可調(diào)諧激光器和固定波長激光器,可調(diào)諧激光器輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)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,調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器后進入第二波分復(fù)用器的一個波分通道,在PZT所在的光纖反射鏡端面發(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)第二光環(huán)形器,進入第三波分復(fù)用器的一個波分通道,在這個通道連接的PZT所在的光纖反射鏡端面發(fā)生反射,二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)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;另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器后在第一線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射,二次反射后的光信號經(jīng)第五波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后在第三線性啁啾光纖光柵處發(fā)生第三次反射,后依次進入光電探測器、示波器;

      固定波長激光器輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)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,調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器后進入第二波分復(fù)用器的另一個波分通道,直接經(jīng)過光纖反射鏡發(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)第二光環(huán)形器,進入第三波分復(fù)用器的另一個波分通道,直接經(jīng)過光纖反射鏡發(fā)生二次反射,二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)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;另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器后在第二線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射,二次反射后的光信號進入第五波分復(fù)用器與之匹配的波分通道,后依次進入光電探測器、示波器;

      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、向長波或短波方向同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器的波長、通過PZT調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵,記錄此時四路信號在示波器上顯示的延時差,轉(zhuǎn)步驟5;

      步驟5、重復(fù)步驟4,直至超出可調(diào)諧激光器的調(diào)諧范圍,轉(zhuǎn)入步驟6;

      步驟6、繪制四路輸出信號的延時差隨可調(diào)諧激光器輸出波長的變化圖,分析該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

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

      (1)實現(xiàn)延遲系統(tǒng)的等延時差輸出與微調(diào)諧,靈活性高。

      (2)抗干擾,不受空間尺寸限制。

      (3)結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,可封裝性好。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置結(jié)構(gòu)圖。

      圖2為本發(fā)明基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置測試結(jié)構(gòu)圖。

      圖3為本發(fā)明未調(diào)諧可調(diào)諧激光器的輸出波長時的真延時示意圖。

      圖4為本發(fā)明同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器的輸出波長、PZT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1,一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置,包括可調(diào)諧激光器1、固定波長激光器2、第一波分復(fù)用器3-1、第二波分復(fù)用器3-2、第三波分復(fù)用器3-3、第四波分復(fù)用器3-4、第五波分復(fù)用器3-5、信號發(fā)生器4、電光調(diào)制器5、第一光環(huán)行器6-1、第二光環(huán)行器6-2、第三光環(huán)行器6-3、第四光環(huán)形器6-4、四個光纖反射鏡7、兩個壓電陶瓷PZT8、分光器9、第一線性啁啾光纖光柵10-1、第二線性啁啾光纖光柵10-2、第三線性啁啾光纖光柵10-3、四個光電探測器11;

      可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2接第一波分復(fù)用器3-1的波分端口,第一波分復(fù)用器3-1的復(fù)用端口和信號發(fā)生器4分別接入電光調(diào)制器5的兩個輸入端,電光調(diào)制器5的輸出端接第一光環(huán)形器6-1的1端口,第一光環(huán)形器6-1的2端口接第二波分復(fù)用器3-2的復(fù)用端口,第二波分復(fù)用器3-2的兩個波分端口分別接兩個光纖反射鏡7,其中一個光纖反射鏡7的部分尾纖繞于PZT8上,第一光環(huán)形器6-1的3端口接分光器9的輸入端,分光器9的兩個輸出端分別接第二光環(huán)形器6-2、第三光環(huán)形器6-3的1端口;第二光環(huán)形器6-2的2端口接第三波分復(fù)用器3-3的復(fù)用端口,第三波分復(fù)用器3-3的兩個波分端口分別接剩余兩個光纖反射鏡7,其中一個光纖反射鏡7的部分尾纖繞于PZT8上,第二光環(huán)形器6-2的3端口接第四波分復(fù)用器3-4的復(fù)用端口,第四波分復(fù)用器3-4的兩波分端口分別接兩個光電探測器11;另一方面,第三光環(huán)形器6-3的2端口接由第一線性啁啾光纖光柵10-1和第二線性啁啾光纖光柵10-2依次串聯(lián)而成的離散啁啾光纖光柵單元,第三光環(huán)形器6-3的3端口接第五波分復(fù)用器3-5的復(fù)用端口,第五波分復(fù)用器3-5的一波分端口直接接光電探測器11,另一波分端口接第四光環(huán)行器6-4的1端口,第四光環(huán)行器6-4的2端口接由第三線性啁啾光纖光柵10-3,第三線性啁啾光纖光柵10-3及其尾纖構(gòu)成延遲線,第四光環(huán)行器6-4的3端口光電探測器11。

      所述分光器(9)采用1×2 分光器。

      結(jié)合圖2,一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的方法,方法步驟如下:

      步驟1、將上述基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器11并聯(lián)接入示波器12,轉(zhuǎn)入步驟2。

      步驟2、打開可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2,可調(diào)諧激光器1輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5,與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉,調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的一個波分通道,在PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(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)第二光環(huán)形器6-2,進入第三波分復(fù)用器3-3的一個波分通道,在這個通道連接的PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(fā)生反射,二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11,最后顯示在示波器12上;另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第一線性啁啾光纖光柵10-1處發(fā)生反射,二次反射后的光信號經(jīng)第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后在第三線性啁啾光纖光柵10-3處發(fā)生第三次反射,后依次進入光電探測器11、示波器12。

      固定波長激光器2輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5,與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉,調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的另一個波分通道,直接經(jīng)過光纖反射鏡7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)第二光環(huán)形器6-2,進入第三波分復(fù)用器3-3的另一個波分通道,直接經(jīng)過光纖反射鏡7發(fā)生二次反射,二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11,最后顯示在示波器12上;另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第二線性啁啾光纖光柵10-2處發(fā)生反射,二次反射后的光信號進入第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道,后依次進入光電探測器11、示波器12。

      觀察并記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差,轉(zhuǎn)入步驟3。

      步驟3、向長波或短波方向同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長、通過PZT 8調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵10-2,記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差,轉(zhuǎn)步驟5。

      步驟5、重復(fù)步驟4,直至超出可調(diào)諧激光器1的調(diào)諧范圍,轉(zhuǎn)入步驟6。

      步驟6、繪制四路輸出信號的延時差隨可調(diào)諧激光器1輸出波長的變化圖,分析該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)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。

      第一波分復(fù)用器3-1、第二波分復(fù)用器3-2、第三波分復(fù)用器3-3、第四波分復(fù)用器3-4和第五波分復(fù)用器3-5完全相同,每個波分復(fù)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。

      所述第二波分復(fù)用器3-2波分端中兩光纖反射鏡7的反射端面到各自端口的距離差為2L,其中PZT 8所在的通道較長;第三波分復(fù)用器3-3波分端中兩光纖反射鏡7的反射端面到各自端口的距離差為L,L的范圍為10~20mm,其中PZT 8所在的通道較長。

      以第三線性啁啾光纖光柵10-3的中心波長反射位置為測量基準(zhǔn),保證第四波分復(fù)用器3-4、第五波分復(fù)用器3-5的波分端口到四個光電探測器11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11的探測頻率、示波器12的工作頻率匹配。

      所述第一線性啁啾光纖光柵10-1、第三線性啁啾光纖光柵10-3的中心反射波長與可調(diào)諧激光器1的中心波長相同。

      第二線性啁啾光纖光柵10-2的中心反射波長與固定波長激光器2的輸出波長相同。

      第一線性啁啾光纖光柵10-1、第三線性啁啾光纖光柵10-3除啁啾系數(shù)相反以外,其他參數(shù)均相同。

      四個光環(huán)形器完全相同;四個光纖反射鏡7完全相同;兩個PZT 8完全相同;四個光電探測器11完全相同。

      所述第一線性啁啾光纖光柵10-1與第二線性啁啾光纖光柵10-2的中心波長反射位置距離為L,L的范圍為10~20mm,可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵10-2的位置偏后。

      上述步驟三中,同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長、通過PZT 8調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵10-2,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(fù)用器3-1、第二波分復(fù)用器3-2、第三波分復(fù)用器3-3、第四波分復(fù)用器3-4和第五波分復(fù)用器3-5均相同,其兩波分通道的波長范圍分別為:、;第一線性啁啾光纖光柵10-1的中心反射波長為1550.9nm,啁啾系數(shù)為6nm/cm,光柵長度為6mm,第二線性啁啾光纖光柵10-2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4mm;第三線性啁啾光纖光柵10-3的中心反射波長為1550.9nm,啁啾系數(shù)為-6nm/cm,光柵長度為6mm;第二波分復(fù)用器3-2波分端中兩光纖反射鏡7的反射端到各自端口的距離分別為200mm、220mm,其中PZT 8所在的通道較長;第三波分復(fù)用器3-3波分端中兩光纖反射鏡7的反射端到各自端口的距離分別為200mm、210mm,距離第二光環(huán)行器6-2的2端口分別為400mm、410mm其中PZT 8所在的通道較長;第一線性啁啾光纖光柵10-1的中心反射位置距離第三光環(huán)行器6-3的2端口為400mm;四個光電探測器11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11的探測頻率不大于12GHz,示波器12的工作頻率為0~4GHz;其測試裝置如圖2所示,一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的方法,其方法步驟為:

      步驟1、將上述基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器11并聯(lián)接入示波器12,轉(zhuǎn)入步驟2。

      步驟2、打開可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2,可調(diào)諧激光器1輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5,與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉,調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的一個波分通道,在PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(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)第二光環(huán)形器6-2,進入第三波分復(fù)用器3-3的一個波分通道,在PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(fā)生反射,二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11,最后顯示在示波器12上;另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第一線性啁啾光纖光柵10-1處發(fā)生反射,二次反射后的光信號經(jīng)第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后在第三線性啁啾光纖光柵10-3處發(fā)生第三次反射,后依次進入光電探測器11、示波器12。

      固定波長激光器2輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5,與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉,調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的另一個波分通道,直接經(jīng)過光纖反射鏡7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)第二光環(huán)形器6-2,進入第三波分復(fù)用器3-3的另一個波分通道,直接經(jīng)過光纖反射鏡7發(fā)生二次反射,二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11,最后顯示在示波器12上;另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第二線性啁啾光纖光柵10-2處發(fā)生反射,二次反射后的光信號進入第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道,后依次進入光電探測器11、示波器12。

      觀察并記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差,轉(zhuǎn)入步驟3。

      步驟3、向長波或短波方向同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長、通過PZT 8調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵10-2,記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差,轉(zhuǎn)步驟5。

      步驟5、重復(fù)步驟4,直至超出可調(diào)諧激光器1的調(diào)諧范圍,轉(zhuǎn)入步驟6。

      步驟6、繪制四路輸出信號的延時差隨可調(diào)諧激光器1輸出波長的變化圖,分析該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

      結(jié)合圖1~圖4,本實施案例在初始波長下,輸出延時差為100ps的四路信號;在此基礎(chǔ)上,同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器的波長、通過PZT調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵,輸出信號的延時差發(fā)生相應(yīng)變化。本發(fā)明可以實現(xiàn)四路等延時差信號的輸出,并在此基礎(chǔ)上進行實時微調(diào)諧,精度高,不受空間限制,抗干擾能力強,結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,可封裝性好。

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