一個大量程光學(xué)延遲裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光纖傳感與光學(xué)測量領(lǐng)域，具體涉及到了一種大量程光學(xué)延遲裝置。大量程光學(xué)延遲裝置，由階躍型光程倍增裝置與連續(xù)式光程掃描裝置通過傳輸光纖連接而成；其中，連續(xù)式光程掃描裝置的光程連續(xù)掃描范圍為0～X0；階躍型光程倍增裝置（110）由n個長度固定的不同延遲光路a0、a1……an組成，延遲光路的光程分別為L0、L1……、Ln，L0=0，n=0，1，2，……，相鄰延遲光路的光程增加滿足Ln+1-Ln＜X0，X0-d＜Ln+1-Ln＜X0，且Ln+2-Ln+1≤Ln+1-Ln，本發(fā)明將固定延遲模塊和可變光程延遲機(jī)構(gòu)組合在一起，實(shí)現(xiàn)了任意光程的連續(xù)擴(kuò)展；通過本裝置實(shí)現(xiàn)了光程的無縫接續(xù)，借助于掃描臺的高精度，滿足了在同一精度下的連續(xù)掃描功能。
【專利說明】一個大量程光學(xué)延遲裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于光纖傳感與光學(xué)測量領(lǐng)域，具體涉及到了 一種大量程光學(xué)延遲裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近些年來，光纖傳輸在通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。各種光纖器件的研究和應(yīng)用也隨之涌現(xiàn)出來。作為新型信號處理器件的光纖延遲線(Fiber Delay Line, FDL)已經(jīng)從最初簡單的一段光纖發(fā)展到現(xiàn)階段具有多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的獨(dú)立器件，成為光信息處理技術(shù)中的關(guān)鍵器件之一，具有多種信號處理功能，如在光纖傳感與光學(xué)測量系統(tǒng)中參與實(shí)現(xiàn)測量信號的采集與傳輸、在光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號的編碼與緩存、在光控相控陣天線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)微波信號的精確相位分配與控制、雷達(dá)回波信號的相關(guān)除噪等。相比傳統(tǒng)的延遲線(如電纜延遲線、石英延遲線等)，光纖延遲線具有工作頻率高、帶寬大、損耗低、結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)多位延遲、抗電磁干擾能力強(qiáng)、保密性好、重量輕及性價比高等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。
[0003]但由于在不同條件下，需要不同的延遲時間，所以就要求延遲器件能夠?qū)崿F(xiàn)延遲時間的可調(diào)。而目前常用的可變光延遲線由多條光纖或者光波導(dǎo)組成，每條光路長度不同，通過級聯(lián)光開關(guān)的選擇，使得光信號可以通過不同長度的光纖或波導(dǎo)，從而獲得不同的延遲時間，但是就目前而言，光延遲線存在若干缺點(diǎn):1、增量可調(diào)型延遲線具有較大的延遲范圍，但非連續(xù)可調(diào)；2、連續(xù)可調(diào)型延遲線的調(diào)節(jié)精度高，但延遲范圍通常較小，通常在幾百Ps以下；3、延遲線連接損耗大、精度低。而這些缺點(diǎn)也大大限制了光學(xué)延遲線的應(yīng)用范圍。所以如何能夠?qū)崿F(xiàn)一種既有大動態(tài)范圍，又可以連續(xù)可變，低損耗，高精度的光學(xué)延遲線，在光通信、光傳感以及光學(xué)處理等領(lǐng)域具有迫切的需求。
[0004]1993年，美國Douglas M.Baney等人公開了一種光學(xué)低相干反射計的光程擴(kuò)展方法[Extended distance range optical low-coherence reflectometer, USPatent5268738]，該發(fā)明利用一個參考光信號多次的反射來進(jìn)行光程擴(kuò)展，通過參考光信號的每次復(fù)制獲得不同的延遲時間；產(chǎn)生復(fù)制光信號的結(jié)構(gòu)有環(huán)形腔、F-P腔以及光纖延遲線等。該裝置可以做到光程的連續(xù)掃描，但是延遲光信號相互重疊，無法將信號光程分離開。
[0005]2005年，美國的Christi Kay Madsen等人公開了一種大范圍連續(xù)可調(diào)的光學(xué)延遲線[Compact solid-state variable optical delay line with a large continuoustuning range, US Patent6956991B2],該發(fā)明利用一系列光學(xué)開關(guān)選擇長度固定的不同延遲光路，由于光信號經(jīng)過的路程不同，從而獲得不同的延遲時間；與Douglas M.Baney等人的方案相比，既做到了光程的連續(xù)掃描，又做到了對光程的可調(diào)改變。
[0006]2007年，美國的Oleg M.Ef imov等人公開了一種數(shù)字化可控的光學(xué)延遲線[Digitally controlled optical fiber delay line, US Patent, 7283708B2],該發(fā)明利用了多陣列的光纖模塊(光學(xué)分束器，光纖放大器，連接器以及光學(xué)準(zhǔn)直器等)進(jìn)行光程擴(kuò)展；與傳統(tǒng)方法比較，功能更強(qiáng)大，用途更廣泛，但是無法做到了光程的連續(xù)可調(diào)，并且結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
[0007]本發(fā)明公開了一種大量程的光學(xué)延遲裝置，將傳統(tǒng)延遲線的固定延遲模塊和連續(xù)掃描裝置有序的組合到了一起，分為反射式和透射式兩種連接結(jié)構(gòu)。固定延遲裝置主要是由長度固定的不同延遲光路組成，保證了光學(xué)延遲裝置的階躍調(diào)整；掃描裝置則基于可變光程延遲機(jī)構(gòu)，在一定光程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的光程延遲和連續(xù)的光程可調(diào)，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了大量程、任意光程連續(xù)可調(diào)的延遲裝置，而且滿足了對于光程無縫接續(xù)的要求，可調(diào)范圍更大、延遲精度更高、插入損耗更小，延遲范圍可達(dá)幾十納秒到幾百納秒，精度更是達(dá)到了飛秒量級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種超大量程的光學(xué)延遲裝置，實(shí)現(xiàn)任意光程的連續(xù)可調(diào)以及光程的無縫接續(xù)，從而獲得更大的掃描范圍和更高的延遲精度。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]大量程光學(xué)延遲裝置，由階躍型光程倍增裝置與連續(xù)式光程掃描裝置通過傳輸光纖連接而成；其中，連續(xù)式光程掃描裝置的光程連續(xù)掃描范圍為O~Xtl ;階躍型光程倍增裝置由η個長度固定的不同延遲光路％、B1……an組成，延遲光路的光程分別為U、L1……、Ln, L0=O, n=0,1,2,……，相鄰延遲光路的光程增加滿足Ln+「Ln < X0, X0-d < Ln+「Ln < X0,且Ln+2-Ln+1 ( Ln+1-Ln，d為誤差值，相鄰兩臂的光程差滿足條件:
[O。11]— 2 ?- d(Ii--, I), L= "^Q；
[0012]階躍型光程倍增裝 置裝有光學(xué)開關(guān)，在光學(xué)開關(guān)的控制下，單獨(dú)或級聯(lián)使用依次實(shí)現(xiàn)不同延遲光路固定光程U、L1……、Ln的切換。
[0013]由光學(xué)準(zhǔn)直器、光學(xué)反射鏡和程控位移臺組成所述的連續(xù)式光程掃描裝置，待延遲光信號由光學(xué)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后出射，經(jīng)過光學(xué)反射鏡后，再次回到光學(xué)準(zhǔn)直器中；光學(xué)反射鏡在程控位移臺的帶動下，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
[0014]由纏繞光纖的PZT構(gòu)成所述的連續(xù)式光程掃描裝置；待延遲光信號由階躍型光程倍增裝置進(jìn)入到PZT的輸入端口(d)中，并由PZT的輸出端口(e)出射；通過給PZT施加不同的電壓，使其不斷收縮與膨脹，從而改變了 PZT上光纖的長度，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
[0015]由一組光學(xué)準(zhǔn)直器、一組光學(xué)反射鏡和程控位移臺組成所述的連續(xù)式光程掃描裝置；待延遲光信號由階躍式光程倍增器進(jìn)入到第一光學(xué)準(zhǔn)直器中，準(zhǔn)直后出射，先后經(jīng)過兩個角度相互垂直的光學(xué)反射鏡后，反射到第二光學(xué)準(zhǔn)直器中，并由輸出端口(g)出射；兩個角度相互垂直的光學(xué)反射鏡在程控位移臺的帶動下，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
[0016]由環(huán)形器、光學(xué)準(zhǔn)直器、光學(xué)反射鏡和程控位移臺組成所述的連續(xù)式光程掃描裝置；待延遲光信號由環(huán)形器第一輸入端(h)進(jìn)入，通過環(huán)形器的第一輸出端(i )入射到光學(xué)準(zhǔn)直器中，準(zhǔn)直后出射，經(jīng)過光學(xué)反射鏡的反射后，再次回到光學(xué)準(zhǔn)直器中，并由環(huán)形器的第二輸出端(j)輸出；光學(xué)反射鏡在程控位移臺的帶動下，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
[0018](I)延遲范圍大:將固定延遲模塊和可變光程延遲機(jī)構(gòu)組合在一起，實(shí)現(xiàn)了任意光程的連續(xù)擴(kuò)展；[0019](2)掃描精度高，插入損耗小:通過本裝置實(shí)現(xiàn)了光程的無縫接續(xù)，借助于掃描臺的高精度，滿足了在同一精度下的連續(xù)掃描功能；
[0020](3)結(jié)構(gòu)靈活多樣:采用不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同器件的連續(xù)式光程掃描裝置，滿足了對于不同光纖傳感系統(tǒng)的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是反射型大量程光學(xué)延遲裝置的示意圖。
[0022]圖2是光程擴(kuò)展接續(xù)的工作示意圖。
[0023]圖3是利用若干個2X2光學(xué)開關(guān)結(jié)構(gòu)的光程倍增裝置示意圖。
[0024]圖4是利用PZT進(jìn)行連續(xù)掃描的透射型光學(xué)延遲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5是利用一組相互垂直的光學(xué)反射鏡進(jìn)行連續(xù)掃描的透射型光學(xué)延遲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6是基于三端口環(huán)形器的透射型光學(xué)延遲裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0028]大量程光學(xué)延遲裝置，由階躍型光程倍增裝置110與連續(xù)式光程掃描裝置120通過傳輸光纖130連接而成；其中，連續(xù)式光程掃描裝置120的光程連續(xù)掃描范圍為O~X。；階躍型光程倍增裝置110由長度固定的不同延遲光路(％、&1……an)組成，其光程分別為Ln (L0=O, n=0,1,2……)，相鄰延遲光路的光程增加需要滿足Ln+「Ln < X0, Ln+「Ln 一 X。，且Ln+2-Ln+1 ( Ln+1-Ln ;在光學(xué)開關(guān)111的控制下，不同延遲光路依次實(shí)現(xiàn)固定光程U、L1……、Ln的切換。
[0029]階躍型光程倍增裝置110與連續(xù)式光程掃描裝置120，按連接關(guān)系可分為反射型大量程光學(xué)延遲裝置11和透射型大量程光學(xué)延遲裝置41、51、61兩種結(jié)構(gòu)，其中反射型光學(xué)延遲裝置只具有一個輸入/輸出共有的光學(xué)端口，透射型光學(xué)延遲裝置具有兩個光學(xué)端口，分別用于光信號的輸入和輸出。
[0030]階躍型光程倍增裝置310，由若干個2 X 2光學(xué)開關(guān)311和延遲光路312組成的，每個延遲光路的固定光程Ln=Mn-Mn*, 2X2光學(xué)開關(guān)311分別控制固定光程為Lc^L1……、Ln的延遲光路，并且相鄰兩臂的光程差滿足條件:
【權(quán)利要求】
1.一個大量程光學(xué)延遲裝置，其特征是:由階躍型光程倍增裝置(110)與連續(xù)式光程掃描裝置(120)通過傳輸光纖(130)連接而成；其中，連續(xù)式光程掃描裝置(120)的光程連續(xù)掃描范圍為O~Xtl ;階躍型光程倍增裝置(110)由η個長度固定的不同延遲光路％、B1……an組成，延遲光路的光程分別為U、L1……、Ln，L0=O, n=0,1,2,……，相鄰延遲光路的光程增加滿足 Ln+1_Ln < X。，X0-d < Ln+1-Ln < X。，且 Ln+2_Ln+i ^ Ln+「Ln，d 為誤差值，相鄰兩臂的光程差滿足條件:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一個大量程光學(xué)延遲裝置，其特征是:由光學(xué)準(zhǔn)直器(121)、光學(xué)反射鏡(123)和程控位移臺(122)組成所述的連續(xù)式光程掃描裝置(120)，待延遲光信號由光學(xué)準(zhǔn)直器(121)準(zhǔn)直后出射，經(jīng)過光學(xué)反射鏡(123)后，再次回到光學(xué)準(zhǔn)直器(121)中；光學(xué)反射鏡(123)在程控位移臺(122)的帶動下，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一個大量程光學(xué)延遲裝置，其特征是:由纏繞光纖的PZT構(gòu)成所述的連續(xù)式光程掃描裝置(420);待延遲光信號由階躍型光程倍增裝置(410)進(jìn)入到PZT的輸入端口(d)中，并由PZT的輸出端口(e)出射；通過給PZT施加不同的電壓，使其不斷收縮與膨脹，從而改變了 PZT上光纖的長度，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一個大量程光學(xué)延遲裝置，其特征是:由一組光學(xué)準(zhǔn)直器(521和522)、一組光學(xué)反射鏡(523、524)和程控位移臺(525)組成所述的連續(xù)式光程掃描裝置(520);待延遲光信號由階躍式光程倍增器(510)進(jìn)入到第一光學(xué)準(zhǔn)直器(521)中，準(zhǔn)直后出射，先后經(jīng)過兩個角度相互垂直的光學(xué)反射鏡(523、524)后，反射到第二光學(xué)準(zhǔn)直器(522)中，并由輸出端口(g)出射；兩個角度相互垂直的光學(xué)反射鏡(523、524)在程控位移臺(525)的帶動下，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一個大量程光學(xué)延遲裝置，其特征是:由環(huán)形器(621)、光學(xué)準(zhǔn)直器(622)、光學(xué)反射鏡(623)和程控位移臺(624)組成所述的連續(xù)式光程掃描裝置(620);待延遲光信號由環(huán)形器(621)第一輸入端(h)進(jìn)入，通過環(huán)形器的第一輸出端(i )入射到光學(xué)準(zhǔn)直器(622)中，準(zhǔn)直后出射，經(jīng)過光學(xué)反射鏡(623)的反射后，再次回到光學(xué)準(zhǔn)直器(622)中，并由環(huán)形器(621)的第二輸出端(j)輸出；光學(xué)反射鏡(623)在程控位移臺(624)的帶動下，實(shí)現(xiàn)光程的連續(xù)掃描。
【文檔編號】H04B10/25GK103746745SQ201310739371
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】楊軍, 柴俊, 苑勇貴, 彭峰, 吳冰, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)