一种频域法测量可调光纤延时环的装置及方法与流程

本发明涉及基于光纤的时间调控和光电子器件领域，特别是涉及一种对于可调光纤延时环的延迟时间测量技术。

背景技术：

1、光纤延时环也称为光纤延迟环，是一种将光纤缠绕在压电陶瓷管上并由电压控制改变长度的光纤器件，可用于延迟时间的精密调控。

2、利用光纤实现延迟时间的精密调控，是光相控阵雷达的技术关键。光纤延时环具有时间带宽积大、被延时的信号频率高、线性好、损耗小、结构简单等优点。通过改变施加于光纤延时环中压电陶瓷上的电压，可以实现延迟时间的精密调控。压电陶瓷的形变量很小，延迟时间控制精度可达到皮秒量级。另一方面，要求延迟时间的动态范围很大，使用光纤的长度很长，可达千米量级，总的延迟时间达到微秒量级。要在微秒量级的延迟时间范围内，测量出皮秒量级的变化，意味着分辨精细度在10-6的量级，无疑有很大的技术难度。

3、传统的测量延时变化的方法是时域法，参见图4。一个激光光源15产生一个连续光，通过光调制器13，在窄脉冲发生器14的控制下形成一个很窄的光脉冲；然后经过光纤耦合器3分为两路：一路通过被测光纤延时环4，被第一光电探测器5接收并转换为电信号，送到示波器7测量；而另一路通过一根参考光纤12，被第二光电探测器6接收并转换为电信号，也送到示波器7测量。在示波器7显示屏上直接读取两个脉冲的时间差，即可以获得被测光纤延时环4的延迟时间。

4、然而，当两路延迟时间差在皮秒量级时，对于示波器的取样速率提出了很高的要求，至少也要达到100gsa/s以上。这种示波器价格极其昂贵，仅用于延迟时间测量将造成很大的浪费。因此，从经济成本考虑，采用别的方法来解决这个问题，就显得十分必要。

技术实现思路

1、本发明提供了一种频域法测量可调光纤延时环的装置及方法，旨在解决现有时域法要求示波器显示精度达到皮秒级的技术难题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，包括第一激光器、第二激光器、光纤耦合器、被测光纤延时环、参考光纤、第一光电探测器、第二光电探测器和示波器，所述第一激光器和第二激光器均与光纤耦合器连接；所述光纤耦合器一路连接被测光纤延时环，所述被测光纤延时环连接第一光电探测器；所述光纤耦合器另一路通过参考光纤连接第二光电探测器，所述第一光电探测器和第二光电探测器均连接示波器；所述第一激光器和第二激光器分别产生第一波长的激光和第二波长的激光，这两个波长的光通过光纤耦合器进行差拍，得到一个光强被正弦调制的光；利用光纤耦合器将被正弦调制的光分为两路，一路通过被测光纤延时环，被第一光电探测器接收并转换为电信号，送入示波器；另一路通过参考光纤，被第二光电探测器接收并转换为电信号，也送入示波器；在所述示波器的显示屏上显示出两个正弦信号，读取两个正弦信号的相位差，即可换算出两路信号的延迟时间差。

3、优选的，所述第一激光器和第二激光器均为一种窄带的半导体激光器，其频带宽度在20khz以下。

4、优选的，所述光纤耦合器为保偏光纤耦合器。

5、优选的，所述参考光纤为保偏光纤耦合器尾纤。

6、优选的，所述示波器可替换成数据采集卡，所述数据采集卡与数据处理系统连接。

7、优选的，所述第一激光器、第二激光器与光纤耦合器之间分别连接有第一偏振控制器和第二偏振控制器。

8、优选的，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器均为挤压光纤型电动偏振控制器。

9、本发明的一种频域法测量可调光纤延时环的方法，采用了上述的装置，其具体包括以下步骤：

10、第一步：在所述示波器显示屏或数据处理单元显示屏上读取所述第一光电探测器和第二光电探测器的电信号波形；

11、第二步：对所述第一光电探测器电信号和所述第二光电探测器的电信号进行谐波分析，分别绘制出它们的基波波形，读取基波的频率；

12、第三步：比较谐波分析后的所述第一光电探测器电信号和所述第二光电探测器的电信号基波波形的相位差；

13、第四步：利用得到的基波频率和相位差，通过如下公式计算出延迟时间差：。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明采用了频域法来测量可调光纤延时环的延迟变化，能够有效测量出皮秒量级的延迟时间差，其测量过程无需配备超高取样速率的示波器，相较于传统采用时域法测量来说，有效降低了测量成本，其整体设计巧妙，测量更加方便，实用性强，值得推广。

技术特征：

1.一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：包括第一激光器（1）和第二激光器（2），所述第一激光器（1）和第二激光器（2）均与光纤耦合器（3）连接；所述光纤耦合器（3）一路连接被测光纤延时环（4），所述被测光纤延时环（4）连接第一光电探测器（5）；所述光纤耦合器（3）另一路通过参考光纤（12）连接第二光电探测器（6），所述第一光电探测器（5）和第二光电探测器（6）均连接示波器（7）；所述第一激光器（1）和第二激光器（2）分别产生第一波长的激光和第二波长的激光，这两个波长的光通过光纤耦合器（3）进行差拍，得到一个光强被正弦调制的光；利用光纤耦合器（3）将被正弦调制的光分为两路，一路通过被测光纤延时环（4），被第一光电探测器（5）接收并转换为电信号，送入示波器（7）；另一路通过参考光纤（12），被第二光电探测器（6）接收并转换为电信号，也送入示波器（7）；在所述示波器（7）的显示屏上显示出两个正弦信号，读取两个正弦信号的相位差，即可换算出两路信号的延迟时间差。

2.根据权利要求1所述的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：所述第一激光器（1）和第二激光器（2）均为一种窄带的半导体激光器，其频带宽度在20khz以下。

3.根据权利要求1所述的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：所述光纤耦合器（3）为保偏光纤耦合器。

4.根据权利要求1所述的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：所述参考光纤（12）为保偏光纤耦合器尾纤。

5.根据权利要求1所述的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：所述示波器（7）可替换成数据采集卡（10），所述数据采集卡（10）与数据处理系统（11）连接。

6.根据权利要求5所述的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：所述第一激光器（1）、第二激光器（2）与光纤耦合器（3）之间分别连接有第一偏振控制器（8）和第二偏振控制器（9）。

7.根据权利要求6所述的一种频域法测量可调光纤延时环的装置，其特征在于：所述第一偏振控制器（8）和第二偏振控制器（9）均为挤压光纤型电动偏振控制器。

8.一种频域法测量可调光纤延时环的装置方法，采用了权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种频域法测量可调光纤延时环的装置及方法，其装置包括第一激光器、第二激光器、光纤耦合器、被测光纤延时环、参考光纤、第一光电探测器、第二光电探测器和示波器，所述第一激光器和第二激光器分别产生第一波长的激光和第二波长的激光，这两个波长的光通过光纤耦合器进行差拍，得到一个光强被正弦调制的光；利用光纤耦合器将被正弦调制的光分为两路，一路通过被测光纤延时环，被第一光电探测器接收并转换为电信号，送入示波器；另一路通过参考光纤，被第二光电探测器接收并转换为电信号，也送入示波器；在所述示波器的显示屏上显示出两个正弦信号，读取两个正弦信号的相位差，即可换算出两路信号的延迟时间差。技术研发人员：吴重庆,柳嘉受保护的技术使用者：南京恒高光电研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9