一種光學延遲測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高精度時間延遲測量【技術領域】，尤其是涉及一種光學自相關方法測量光學延遲測量方法及裝置。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種基于光學自相關的精確延遲測量方法，該方法能夠測量小于10皮秒時間延遲，最大測量范圍則由自相關儀量程決定，測量相對精度優(yōu)于1%。本發(fā)明通過脈沖激光器、第一光纖耦合器、延遲線裝置、第二光纖耦合器、自相關儀、處理器等配合實現(xiàn)。本發(fā)明適用于光纖，自由空間光學領域亞納秒時間延遲的精確測量。
【專利說明】一種光學延遲測量方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高精度時間延遲測量【技術領域】，尤其是涉及一種光學自相關方法的光學延遲測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002]光采樣是通過光學方法對高帶寬模擬信號進行采樣的技術，它具有傳統(tǒng)光電探測器和示波器無法達到的帶寬。隨著光通信，尤其是光采樣技術的發(fā)展，通過光學延遲方法將光脈沖進行“復制”得到的光采樣率不斷提高，以lOOGSa/s光采樣率為例，要求相鄰通道光學延遲10ps，而更高的采樣率對應更小的光學延遲。同時光學延遲精度直接關系著光采樣信噪比，因此光學延遲的精確測量是光采樣中最為重要的問題。
[0003]目前采樣可調(diào)光纖延遲線對光學延遲進行控制，傳統(tǒng)的延遲測量是采用光電探測器及高帶寬示波器顯示波形，由于光電探測器本身存在惰性效應，目前最快的光電探測器也存在幾個皮秒的響應時間，同時高速實時采樣示波器響應時間也是幾皮秒到幾十皮秒之間，因此若采用光電探測器結合示波器系統(tǒng)進行延遲測量，其誤差很難控制在IOps以內(nèi)。而已有的光學測量方法通過離線測量光纖長度，有白光干涉法，光頻率反身寸(Optical Frequency Domain Ref lectometer),光時域反身寸(Optical Time DomainReflectometer)。其中光時域反射是將一個納秒脈寬脈沖輸入待測光纖并探測反射信號，通過時間差來求得待測光纖長度，其測試盲區(qū)為10米左右，基于掃頻法的光頻域反射測量精度可以到微米級，對應時間IOfs左右。但上述方法的問題是不能進行在線實時測量，光路搭建中因光路連接引起的光纖長度變化在毫米級，會引入幾皮秒誤差。
[0004]目前對飛秒、皮秒光脈沖脈寬的測試主要有光學自相關法、頻率分辨光學開關法(Frequency-Resolved Optical Gating, FROG)、光譜位相相干直接電場重建法(SpectralPhase Interfere Direct Electric-Field Reconstruction, SPIDER)等。自相關儀已經(jīng)有成熟產(chǎn)品，目前使用較多的有FR-103系列，Pulse check系列等，其基本原理是通過半反半透鏡將一路光分為兩路，一路光程固定，另一路對該路進行光程差連續(xù)掃描，之后兩路光重合，通過倍頻晶體的二階非線性效應將光信號轉換成與脈沖寬度成正比的自相關信號，從而得到脈沖寬度。
[0005]由于對于超短延遲(對應光纖長度亞毫米)只能通過離線的光學方法測量，而光纖切割熔接，或采用法蘭連接過程中都會引入毫米級長度誤差，從而無法達到精確的延遲控制。采用光電轉換進行測量則由于轉換中電學惰性效應同樣會引入數(shù)皮秒的測量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術問題是:為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明目的是提供一種基于光學自相關的光學延遲測量方法及裝置，該方法能夠測量小于10皮秒時間延遲，最大測量范圍則由自相關儀量程決定，測量相對精度優(yōu)于1%。
[0007]本發(fā)明采用的技術方案如下:如圖1所示，一種光學延遲測量方法包括:
步驟1:脈沖激光器輸出激光光束；
步驟2:第一光纖耦合器將激光器輸出光束等分為N路光束，并通過延遲線裝置將其中N-1路光束相對前一路進行信號延遲，所述延遲線裝置延遲量是通過處理器控制；
步驟3:通過第二光纖耦合器將上述N路信號合成為一路信號，所述N路光束信號延遲
時間依次為&，且1?小于自相關儀時間量程一半，所述N>1 ；
步驟4:自相關儀將第二光纖耦合器輸入端輸出的光束分為兩路，一路光程不變，另一路連續(xù)改變光程，進行光程差掃描，自相關儀輸出相對于中心線左右對稱的2F-1個自相
關峰，所述2及-1個自相關峰強度比值為
【權利要求】
1.一種光學延遲測量方法，其特征在于包括: 步驟1:脈沖激光器輸出激光光束； 步驟2:第一光纖耦合器將激光器輸出光束等分為N路光束，并通過延遲線裝置將其中N-1路光束相對前一路進行信號延遲，所述延遲線裝置延遲量是通過處理器控制； 步驟3:通過第二光纖耦合器將上述N路信號合成為一路信號，所述N路光束信號延遲時間依次為& ,且小于自相關儀時間量程一半，所述N>1 ； 步驟4:自相關儀將第二光纖耦合器輸入端輸出的光束分為兩路，一路光程不變，另一路連續(xù)改變光程，進行光程差掃描，自相關儀輸出相對于中心線左右對稱的2F-1個自相關峰,所述2況-1個自相關峰強度比值為；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光學延遲測量方法，其特征在于所述步驟2具體包括: 步驟21:第一光纖耦合器將脈沖激光器輸出的激光光束等分為N路； 步驟22:第一光纖稱合器第一路輸出端口的光束信號輸入到第二光纖稱合器第一路輸入端口 ；第一光纖I禹合器第二輸出端口…第一光纖I禹合器第N輸出端口輸出的光束信號，分別通過延遲線裝置進行信號延遲控制，并分別對應輸出至第二光纖耦合器第二輸入端口…第二光纖I禹合器第N輸入端口 ；第二光纖I禹合器輸出端口輸出光束信號經(jīng)過自相關儀進行調(diào)節(jié)及測試。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種光學延遲測量方法，其特征在于所述延遲線裝置包括N-1個延遲線，所述第N-1延遲線輸入端與第一光纖耦合器第N輸出端口連接，第N-1延遲線輸出端與第二光纖稱合器第N輸入端連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種光學延遲測量方法，其特征在于所述第一光纖耦合器1*N光纖耦合器，第二光纖耦合器都是N*1光纖耦合器，延遲線個數(shù)為N-1。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種光學延遲測量方法，其特征在于所述延遲線個數(shù)是I到7，N-1的個數(shù)I到7。
6.基于根據(jù)權利要求1所述的一種光學延遲測量方法的延遲裝置，其特征在于包括: 脈沖激光器，用于輸出激光光束； 第一光纖耦合器，用于將脈沖激光器輸入的激光光束等分為N路； 延遲線裝置，用于對第一光纖耦合器其中N-1路光束相對前一路進行信號延遲； 第二光纖I禹合器，用于接收第一光纖I禹合器第一輸出端口輸出的光束信號，同時用于接收延遲線裝置輸出的N-1個光延遲信號，所述N路光束信號延遲時間依次力且_小于自相關儀時間量程一半，所述N>1 ； 自相關儀，用于接收第二光纖耦合器輸出的光束信號，進行光束信號調(diào)節(jié)及測試，并測得自相關峰峰值兩兩位置相對時間間隔δ T ；處理器，接收自相關儀測得到自相關峰峰值兩兩位置相對時間間隔ST，處理器通過
7.根據(jù)權利要求6所述的一種光學延遲測量裝置，其特征在于所述延遲線裝置包括N-1個延遲線，所述第N-1延遲線輸入端與第一光纖耦合器第N-1輸出端口連接，第N-1延遲線輸出端與第二光纖耦合器第N-1輸入端連接，所述延遲線控制端與處理器輸出端連接。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種光學延遲測量裝置，其特征在于所述第一光纖耦合器第一路輸出端口的光束信號輸入到第二光纖稱合器第一路輸入端口 ；第一光纖稱合器第二輸出端口…第一光纖I禹合器第N輸出端口輸出的光束信號，分別通過延遲線裝置進行信號延遲控制，并分別對應輸出至第二光纖稱合器第二輸入端口…第二光纖稱合器第N輸入端口 ；第二光纖耦合器輸出端口輸出光束信號經(jīng)過自相關儀進行調(diào)節(jié)及測試。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種光學延遲測量裝置，其特征在于所述第一光纖耦合器、第二光纖耦合器都是1*N光纖耦合器，延遲線個數(shù)為N-1。
10.根據(jù)權利要求6所述的一種光學延遲測量裝置，其特征在于所述延遲線個數(shù)是I到7時，所述N-1范圍是I到7。`
【文檔編號】G01J9/00GK103557946SQ201310518331
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】陶世興, 趙新才, 楊麗玲, 溫偉峰, 李建中, 肖正飛, 胡騰, 陽慶國, 劉寧文, 彭其先, 李澤仁 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所