專利名稱：消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感，特別是一種消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，可作為光 纖傳感系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)中消光比自補償?shù)拿}沖光源。
背景技術(shù)：
在分布式光纖傳感系統(tǒng)中，窄脈沖激光發(fā)生器是其核心技術(shù)之一。該發(fā)生器需要產(chǎn) 生納秒級脈寬和消光比穩(wěn)定的光脈沖。傳統(tǒng)的納秒級脈沖光發(fā)生器采用電光調(diào)制器，通過手 動或者步進電機機械驅(qū)動偏振控制器的方式來調(diào)整輸入光的偏振態(tài)，使光源輸出的連續(xù)光經(jīng) 過電光調(diào)制器調(diào)制以后成為脈沖光。這類方案的不足在于電光調(diào)制器是偏振敏感器件，在長 期使用過程中會出現(xiàn)偏振失調(diào)的情況，導(dǎo)致光脈沖消光比降低，影響傳感系統(tǒng)的性能，手動或 者機械驅(qū)動的控制方式響應(yīng)速度慢，消光比控制的好壞需要通過示波器等外部設(shè)備來輔助判 斷，不能實現(xiàn)消光比的自動補償，無法滿足高精度分布式光纖傳感系統(tǒng)的實際需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于光纖傳感系統(tǒng)的消光比自補償電光調(diào)制的光脈 沖裝置，為光纖傳感系統(tǒng)提供一種納秒級脈寬的消光比快速自補償?shù)拿}沖光源，而且具有 結(jié)構(gòu)簡單，長期穩(wěn)定，性能可靠的特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，其特點在于它由光纖激光光源、耦合光 纖、第一光纖分束器、電光波導(dǎo)強度調(diào)制器、電脈沖產(chǎn)生電路、射頻連接器、第二光纖分束 器、第一監(jiān)測光纖、第二監(jiān)測光纖、光功率探測補償電路和輸出光纖組成，其連接關(guān)系是所 述的光纖激光光源的輸出端和第一光纖分束器的輸入端經(jīng)耦合光纖連接，所述的第一光纖 分束器的第二輸出端和所述的光功率探測補償電路的第一輸入端通過第一監(jiān)測光纖相連， 第一光纖分束器的第一輸出端和所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器的第一輸入端通過光纖相連， 所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器的輸出端通過光纖接所述的第二光纖分束器的輸入端，該第二 光纖分束器的第二輸出端通過第二監(jiān)測光纖接所述的光功率探測補償電路的第二輸入端， 該光功率探測補償電路的輸出端經(jīng)所述的電脈沖產(chǎn)生電路和所述的射頻連接器與所述的 電光波導(dǎo)強度調(diào)制器的第二輸入端通過導(dǎo)線相連，第二光纖分束器的第一輸出端接所述的 輸出光纖。所述的光功率探測補償電路由可編程邏輯器件、第一高速PIN光電探測器、第一 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、第二高速PIN光電探測器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，所述的光功率探測補 償電路的第一輸入端依次經(jīng)第一高速PIN光電探測器和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接所述的可編 程邏輯器件的輸入端，所述的光功率探測補償電路的第二輸入端依次經(jīng)所述的第二高速 PIN光電探測器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路接所述的可編程邏輯器件的輸入端，所述的可編程邏 輯器件的輸出端即光功率探測補償電路的輸出端。所述的第一高速PIN光電探測器和第二高速PIN光電探測器采用高速InGaAs/InPPIN光電探測器。所述的第一光纖分束器和第二光纖分束器的分束比￡1和ε2分別為1 9。本發(fā)明的工作過程如下所述的第一光纖分束器的第二輸出端輸出的光信號經(jīng)第一監(jiān)測光纖進入所述的 光功率探測補償電路的第一輸入端，由第一高速PIN光電探測器將監(jiān)測光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M 電信號，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將所述的模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝粩?shù)字信號D1，然后該第一數(shù)字 信號進入可編程邏輯器件；所述的第二光纖分束器的第二輸出端輸出的光信號通過第二監(jiān) 測光纖進入所述的光功率探測補償電路的第二輸入端，由第二高速PIN光電探測器將監(jiān)測 光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙?shù)字信號D2,然后該 第二數(shù)字信號進入可編程邏輯器件，該可編程邏輯器件將所述的第一數(shù)字信號D1和第二數(shù)
字信號D2通過下式進行運算處理得到消光比χ
,_Α—Μ:χ '= ΙΤ ^^^^ ^-^式中=D1-第一數(shù)字信號量、D2-第二數(shù)字信號量、Y1-第一模數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)、 Y2-第二模數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)、第一光電轉(zhuǎn)換系數(shù)、Ci2-第二光電轉(zhuǎn)換系數(shù)、R1-第一 電流-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)、R2-第二電流-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)、ε i-第一光纖分束器的分束比、 ε 2—第二光纖分束器的分束比、κ -電光調(diào)制器的插入損耗系數(shù)、M-脈沖占空比；得到消光比χ再與最低消光比閾值Xtl進行比較，如果χ小于設(shè)定的最低消光比閾 值Xo，則發(fā)出消光比補償信號，改變所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器上的偏置電壓，使偏置電壓 產(chǎn)生一個步進，步進量的大小由可編程邏輯器件(10-1)輸出的數(shù)字信號的大小決定，然后 對消光比再次進行采集計算并判斷，如果消光比χ減小，則改變電壓步進的增減方向，再進 行判斷，如果消光比χ增加，則繼續(xù)沿這個方向步進電壓，直到消光比χ增加并超過閾值Xo， 則消光比自補償調(diào)整完成。本發(fā)明優(yōu)點在于1、全光纖結(jié)構(gòu)，避免空間光耦合，光脈沖效率高，輸出穩(wěn)定，與分布式光纖傳感系 統(tǒng)兼容性好。2、采用高速InGaAs/InP PIN光電探測器，低暗電流，高響應(yīng)度，光功率探測精度
尚ο3、采用可編程邏輯器件，根據(jù)采集到的光功率，產(chǎn)生相應(yīng)的自補償信號，光脈沖的 消光比穩(wěn)定性高。4、采用改變電光波導(dǎo)強度調(diào)制器偏置電壓控制消光比的方法，是一種全電控制， 無機械驅(qū)動裝置，自補償響應(yīng)速度快。


圖1為本發(fā)明消光比自補償電光調(diào)制光脈沖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明中光功率探測補償電路的架構(gòu)框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。參見圖1，圖1為本發(fā)明消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置的結(jié)構(gòu)框圖，由圖可 見，本發(fā)明消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置由光纖激光光源1、耦合光纖2、第一光纖分 束器3、電光波導(dǎo)強度調(diào)制器4、電脈沖產(chǎn)生電路5、射頻連接器6、第二光纖分束器7、第一監(jiān) 測光纖8、第二監(jiān)測光纖9、光功率探測補償電路10和輸出光纖11組成，其連接關(guān)系是光 纖激光光源1的輸出端和第一光纖分束器3的輸入端用耦合光纖2連接，第一光纖分束器 3的第二輸出端和光功率探測補償電路10的第一輸入端通過第一監(jiān)測光纖8相連，第一光 纖分束器3的第一輸出端和電光波導(dǎo)強度調(diào)制器4的第一輸入端相連，該電光波導(dǎo)強度調(diào) 制器4的輸出端接所述的第二光纖分束器7的輸入端，該第二光纖分束器7的第二輸出端 通過第二監(jiān)測光纖9接所述的光功率探測補償電路10的第二輸入端，該光功率探測補償電 路10產(chǎn)生的補償信號依次經(jīng)所述的電脈沖產(chǎn)生電路5和射頻連接器6進入所述的電光波 導(dǎo)強度調(diào)制器4的第二輸入端，所述的第二光纖分束器7的第一輸出端接所述的輸出光纖 11。參見圖2，所述的光功率探測補償電路10由可編程邏輯器件10-1、第一高速PIN 光電探測器10-2、第二高速PIN光電探測器10-4、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路10-3和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路10-5構(gòu)成，所述的第一高速PIN光電探測器10-2和第二高速PIN光電探測器10_4分 別將兩路監(jiān)測光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，第一模?shù)轉(zhuǎn)換電路10-3和第二 10-5分別將電信號轉(zhuǎn) 變?yōu)閿?shù)字信號，可編程邏輯器件10-1根據(jù)所采集到的數(shù)字信號的大小，通過邏輯程序運算 判斷后，產(chǎn)生是否進行消光比補償?shù)目刂菩盘?，反饋到所述的電脈沖產(chǎn)生電路5上。光纖激光光源1產(chǎn)生連續(xù)激光，經(jīng)過耦合光纖2進入第一光纖分束器3，該第一光 纖分束器3的第二輸出端的輸出光通過第一監(jiān)測光纖8接到光功率探測補償電路10的第 一輸入端，該第一光纖分束器3的第一輸出端的輸出光經(jīng)光纖進入所述的電光波導(dǎo)強度調(diào) 制器4的輸入端，該電光波導(dǎo)強度調(diào)制器4的輸出光脈沖進入第二光纖分束器7的輸入端， 該第二光纖分束器7的第二輸出端的輸出光經(jīng)光纖接光功率探測補償電路10的第二輸入 端，該光功率探測補償電路10負(fù)責(zé)監(jiān)測輸出光的消光比，并在消光比下降時產(chǎn)生自補償信 號，進入電脈沖產(chǎn)生電路5，該電脈沖產(chǎn)生電路5產(chǎn)生所需要脈寬的電脈沖，通過射頻連接 器6加到所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器4上，所述的第二光纖分束器7的第一輸出端的輸出 光進入輸出光纖11輸出光脈沖。脈沖光從電光波導(dǎo)強度調(diào)制器4輸出后進入第二光纖分束器7，該第二光纖分束 器7的第二輸出端輸出的一束光通過第二監(jiān)測光纖9進入光功率探測補償電路10的第二 PIN光電探測器10-3，通過光電效應(yīng)，光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，再經(jīng)電流_電壓轉(zhuǎn)換，信號輸 入到第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路10-5，通過采樣該電壓信號，將得到的數(shù)字信號量傳遞給可編程邏 輯器件10-1，可編程邏輯器件10-1采集到的第二數(shù)字信號量D2和第二高速PIN光電探測 器的光功率A2信號之間存在如下關(guān)系D2 = [M · A2+(I-M) · B] · R2 · α 2/ γ 2 (1)式中=D2-第二數(shù)字信號量、M-脈沖占空比、A2-進入第二 PIN光電探測器10_3 的脈沖光功率、B-第二 PIN光電探測器10-3的基底光功率、R2-第二電流-電壓轉(zhuǎn)換系 數(shù)、α 2—第二光電轉(zhuǎn)換系數(shù)、Y2-第二模數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)。第一光纖分束器3的第二輸出端的輸出光通過第一監(jiān)測光纖8接到光功率探測補償電路10的第一輸入端進入第一高速PIN光電探測器10-2，通過光電效應(yīng)，光信號轉(zhuǎn)換 為電流信號，再經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換，信號輸入到第一模數(shù)轉(zhuǎn)換電路10-4，通過采樣該電壓信 號，將得到的第一數(shù)字信號傳遞給可編程邏輯器件10-1，可編程邏輯器件10-1采集到的第 一數(shù)字信號量D1和輸入第一高速PIN光電探測器的光功率A1信號之間存在如下關(guān)系D1 = A1 · R1 · α ^y1 (2)式中=D1-第一數(shù)字信號量、A1-進入第一高速PIN光電探測器10-2的連續(xù)光功 率、R1-第一電流-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)、Ci1--第一光電轉(zhuǎn)換系數(shù)、Y1-第一模數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)。
從進入第一高速PIN光電探測器10-2的連續(xù)光功率A1和進入第二高速PIN光電 探測器10-3的脈沖光功率A2之間存在如下關(guān)系
權(quán)利要求
一種消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，其特征在于它由光纖激光光源(1)、耦合光纖(2)、第一光纖分束器(3)、電光波導(dǎo)強度調(diào)制器(4)、電脈沖產(chǎn)生電路(5)、射頻連接器(6)、第二光纖分束器(7)、第一監(jiān)測光纖(8)、第二監(jiān)測光纖(9)、光功率探測補償電路(10)和輸出光纖(11)組成，其連接關(guān)系是所述的光纖激光光源(1)的輸出端和第一光纖分束器(3)的輸入端經(jīng)耦合光纖(2)連接，所述的第一光纖分束器(3)的第二輸出端和所述的光功率探測補償電路(10)的第一輸入端通過第一監(jiān)測光纖(8)相連，第一光纖分束器(3)的第一輸出端和所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器(4)的第一輸入端通過光纖相連，所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器(4)的輸出端通過光纖接所述的第二光纖分束器(7)的輸入端，該第二光纖分束器(7)的第二輸出端通過第二監(jiān)測光纖(9)接所述的光功率探測補償電路(10)的第二輸入端，該光功率探測補償電路(10)的輸出端經(jīng)所述的電脈沖產(chǎn)生電路(5)和所述的射頻連接器(6)與所述的電光波導(dǎo)強度調(diào)制器(4)的第二輸入端通過導(dǎo)線相連，第二光纖分束器(7)的第一輸出端接所述的輸出光纖(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，其特征在于所述的光功 率探測補償電路(10)由可編程邏輯器件(10-1)、第一高速PIN光電探測器(10-2)、第一模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路(10-3)、第二高速PIN光電探測器(10-4)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(10-5)構(gòu)成， 所述的光功率探測補償電路(10)的第一輸入端經(jīng)第一高速PIN光電探測器(10-2)和第一 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(10-3)接所述的可編程邏輯器件(10-1)的輸入端，所述的光功率探測補償 電路(10)的第而輸入端經(jīng)所述的第二高速PIN光電探測器(10-4)和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 (10-5)接所述的可編程邏輯器件(10-1)的輸入端，所述的可編程邏輯器件(10-1)的輸出 端即光功率探測補償電路(10)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，其特征在于所述的第一 高速PIN光電探測器(10-2)和第二高速PIN光電探測器(10-4)采用高速InGaAs/InP PIN 光電探測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，其特征在于所述的第一 光纖分束器(3)和第二光纖分束器(7)的分束比e工和e2分別為1 9。
全文摘要
一種消光比自補償電光調(diào)制光脈沖裝置，由光纖激光光源、耦合光纖、第一光纖分束器、電光波導(dǎo)強度調(diào)制器、電脈沖產(chǎn)生電路、射頻連接器、第二光纖分束器、第一監(jiān)測光纖、第二監(jiān)測光纖、光功率探測補償電路和輸出光纖組成，本發(fā)明可實現(xiàn)光脈沖消光比的自補償，長期穩(wěn)定且性能可靠。
文檔編號G02F1/035GK101995569SQ20101029515
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者李國揚, 林尊琪, 胡佳成, 陳宇, 陳柏 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所