本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

光纖延遲線可以為高性能雷達(dá)系統(tǒng)提供無偏斜、寬瞬時(shí)帶寬的實(shí)時(shí)延遲波束控制。其重量輕、體積小，不易受電磁輻射的干擾，電噪聲極低的優(yōu)點(diǎn)非常適合機(jī)載或星載應(yīng)用。

光纖延遲線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)延遲時(shí)間的方法大致有兩種，一種是基于波長不變，路徑變化的光纖型延遲線，另一種是基于路徑基本不變，波長變化的色散型延遲線。光纖型延遲線實(shí)現(xiàn)改變路徑的方法主要是通過光開關(guān)選擇光波在光纖中傳播的具體路徑或者通過使用棱鏡控制光波在自由空間的傳播路徑。色散型延遲線主要使用的是具有色散能力的介質(zhì)，如色散光纖、光子晶體光纖和光纖光柵等。相比使用光開關(guān)、棱鏡或反射鏡，以光纖光柵為核心的光纖延遲線體積更小、損耗更低，具有很高的理論研究和實(shí)踐試驗(yàn)的價(jià)值。

Pham Q. Thai在《Simplified Optical Dual Beamformer Employing Multichannel Chirped Fiber Grating and Tunable Optical Delay Lines》中提出一種基于離散線性啁啾光纖光柵的可調(diào)諧延時(shí)系統(tǒng)。通過對(duì)激光器的輸出波長、可調(diào)諧延遲器件的調(diào)諧以及波分復(fù)用器的組合使用，輸出兩組四路等延時(shí)差的信號(hào)。該系統(tǒng)過度依賴于可調(diào)激光器的波長輸出，調(diào)諧范圍受限于啁啾光纖光柵的長度，同時(shí)引入多路誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖反射鏡和LCFBG（線性啁啾光纖光柵）的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置及方法，通過同步調(diào)諧激光器的輸出波長和可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信號(hào)延時(shí)差的實(shí)時(shí)調(diào)諧，最終達(dá)到對(duì)信號(hào)指向角度的控制。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)指向角在正負(fù)角度上連續(xù)調(diào)諧，不受啁啾光纖光柵的啁啾系數(shù)和光柵長度限制，調(diào)諧范圍大，精度高，裝置簡單。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置，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、第六波分復(fù)用器、信號(hào)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、三個(gè)光纖反射鏡、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、分光器、四個(gè)光電探測器。

可調(diào)諧激光器、固定波長激光器分別接第一波分復(fù)用器的兩個(gè)波分通道，第一波分復(fù)用器的復(fù)用端和信號(hào)發(fā)生器分別接入電光調(diào)制器的兩個(gè)信號(hào)輸入端，電光調(diào)制器的輸出端接第一光環(huán)行器的1端口，第一光環(huán)行器的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(gè)波分端口分別接一個(gè)光纖反射鏡和第一線性啁啾光纖光柵，第一光環(huán)行器的3端口接分光器的輸入端，分光器的兩個(gè)輸出端口分別接第二光環(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(gè)波分端口分別接第二個(gè)光纖反射鏡和第二線性啁啾光纖光柵，第二光環(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)用器的兩個(gè)波分端口分別接兩個(gè)光電探測器；第三光環(huán)形器的2端口接第四波分復(fù)用器的復(fù)用端口，第四波分復(fù)用器的兩個(gè)波分端口分別接第三線性啁啾光纖光柵和第三個(gè)光纖反射鏡，第三光環(huán)形器的3端口接第六波分復(fù)用器的復(fù)用端口，第六波分復(fù)用器的兩個(gè)波分端口分別接兩個(gè)光電探測器。

所述分光器采用1×2 分光器。

一種基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，方法步驟如下：

步驟1、將上述基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的四個(gè)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(jìn)入電光調(diào)制器，與來自信號(hào)發(fā)生器輸入的微波信號(hào)發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)第一光環(huán)形器后進(jìn)入第二波分復(fù)用器的一個(gè)波分通道，在第一線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，被反射后的光信號(hào)經(jīng)分光器后被分為兩路信號(hào)，一路經(jīng)第二光環(huán)形器，進(jìn)入第三波分復(fù)用器的一個(gè)波分通道，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(hào)經(jīng)過第五波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后進(jìn)入光電探測器，最后顯示在示波器上；另一路光信號(hào)進(jìn)入第三光環(huán)形器，經(jīng)第四波分復(fù)用器的一個(gè)波分通道后在光纖反射鏡端面發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)經(jīng)第六波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后依次進(jìn)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(jìn)入電光調(diào)制器，與來自信號(hào)發(fā)生器輸入的微波信號(hào)發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)第一光環(huán)形器后進(jìn)入第二波分復(fù)用器的另一個(gè)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(hào)經(jīng)分光器后被分為兩路信號(hào)，一路經(jīng)第二光環(huán)形器，進(jìn)入第三波分復(fù)用器的另一個(gè)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(hào)經(jīng)過第五波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后進(jìn)入光電探測器，最后顯示在示波器上；另一路光信號(hào)經(jīng)第三光環(huán)形器后在第三線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)進(jìn)入第六波分復(fù)用器與之匹配的波分通道，后依次進(jìn)入光電探測器、示波器；

觀察并記錄此時(shí)四路信號(hào)在示波器上顯示的延時(shí)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)諧激光器的波長和第三線性啁啾光纖光柵，記錄此時(shí)四路信號(hào)在示波器上顯示的延時(shí)差，轉(zhuǎn)入步驟4；

步驟4、重復(fù)步驟3，直至超出可調(diào)諧激光器的調(diào)諧范圍，轉(zhuǎn)入步驟5；

步驟5、繪制四路信號(hào)的延時(shí)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(shí)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(diǎn)在于：

（1）可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)在零延時(shí)差基礎(chǔ)上上下連續(xù)調(diào)諧，理論上調(diào)諧范圍的大小不受限制。

（2）結(jié)構(gòu)上不受啁啾光纖光柵的啁啾系數(shù)和光柵長度限制。

（3）裝置簡單，調(diào)諧精度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的測試結(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和可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵時(shí)的真延時(shí)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和可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵時(shí)的真延時(shí)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1，一種基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)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、第六波分復(fù)用器3-6、信號(hào)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、三個(gè)光纖反射鏡7、第一線性啁啾光纖光柵8-1、第二線性啁啾光纖光柵8-2、第三線性啁啾光纖光柵8-3、分光器9、四個(gè)光電探測器10；

可調(diào)諧激光器1、固定波長激光器2分別接第一波分復(fù)用器3-1的兩個(gè)波分通道，第一波分復(fù)用器3-1的復(fù)用端和信號(hào)發(fā)生器4分別接入電光調(diào)制器5的兩個(gè)信號(hào)輸入端，電光調(diào)制器5的輸出端接第一光環(huán)行器6-1的1端口，第一光環(huán)行器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(gè)波分端口分別接一個(gè)光纖反射鏡7和第一線性啁啾光纖光柵8-1，第一光環(huán)行器6-1的3端口接分光器9的輸入端，分光器9的兩個(gè)輸出端口分別接第二光環(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(gè)波分端口分別接第二個(gè)光纖反射鏡7和第二線性啁啾光纖光柵8-2，第二光環(huán)形器6-2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的兩個(gè)波分端口分別接兩個(gè)光電探測器10；第三光環(huán)形器6-3的2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的兩個(gè)波分端口分別接第三線性啁啾光纖光柵8-3和第三個(gè)光纖反射鏡7，第三光環(huán)形器6-3的3端口接第六波分復(fù)用器3-6的復(fù)用端口，第六波分復(fù)用器3-6的兩個(gè)波分端口分別接兩個(gè)光電探測器10。

所述分光器9采用1×2 分光器。

結(jié)合圖2，一種基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，方法步驟如下：

步驟1、將上述基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的四個(gè)光電探測器10并聯(lián)接入示波器11，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(jìn)入電光調(diào)制器5，與來自信號(hào)發(fā)生器4輸入的微波信號(hào)發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進(jìn)入第二波分復(fù)用器3-2的一個(gè)波分通道，在第一線性啁啾光纖光柵8-1處發(fā)生反射，被反射后的光信號(hào)經(jīng)分光器9后被分為兩路信號(hào)，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進(jìn)入第三波分復(fù)用器3-3的一個(gè)波分通道，在第二線性啁啾光纖光柵8-2處發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)經(jīng)過第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后進(jìn)入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；另一路光信號(hào)進(jìn)入第三光環(huán)形器6-3，經(jīng)第四波分復(fù)用器3-4的一個(gè)波分通道后在光纖反射鏡7端面發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)經(jīng)第六波分復(fù)用器3-6與之匹配的波分通道后依次進(jìn)入光電探測器10、示波器11。

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(jìn)入電光調(diào)制器5，與來自信號(hào)發(fā)生器4輸入的微波信號(hào)發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進(jìn)入第二波分復(fù)用器3-2的另一個(gè)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(hào)經(jīng)分光器9后被分為兩路信號(hào)，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進(jìn)入第三波分復(fù)用器3-3的另一個(gè)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(hào)經(jīng)過第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后進(jìn)入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；另一路光信號(hào)經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第三線性啁啾光纖光柵8-3處發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)進(jìn)入第六波分復(fù)用器3-6與之匹配的波分通道，后依次進(jìn)入光電探測器10、示波器11。

觀察并記錄此時(shí)四路信號(hào)在示波器11上顯示的延時(shí)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的波長和第三線性啁啾光纖光柵8-3，記錄此時(shí)四路信號(hào)在示波器11上顯示的延時(shí)差，轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟4、重復(fù)步驟3，直至超出可調(diào)諧激光器1的調(diào)諧范圍，轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5、繪制四路信號(hào)的延時(shí)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(shí)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、第五波分復(fù)用器3-5和第六波分復(fù)用器3-6完全相同，每個(gè)波分復(fù)用器中兩個(gè)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。

所述第五波分復(fù)用器3-5和第六波分復(fù)用器3-6的波分端等長。

所述信號(hào)發(fā)生器4的輸出頻率與電光調(diào)制器5的調(diào)制頻率、四個(gè)光電探測器10的探測頻率、示波器11的工作頻率匹配。

第一線性啁啾光纖光柵8-1、第二線性啁啾光纖光柵8-2的中心反射波長與可調(diào)諧激光器1的中心波長相同。

第三線性啁啾光纖光柵8-3的中心反射波長與固定波長激光器2的輸出波長相同。

四個(gè)光環(huán)形器完全相同；三個(gè)光纖反射鏡7完全相同；四個(gè)光電探測器10完全相同。

第一線性啁啾光纖光柵8-1的啁啾系數(shù)是第二線性啁啾光纖光柵8-2的1/2，是第三線性啁啾光纖光柵8-3的-1/2；

上述步驟三中，同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器（1）的波長與第三線性啁啾光纖光柵（8-3），即保證該輸出波長下，四路信號(hào)等延時(shí)差輸出。

實(shí)施例1

實(shí)驗(yàn)測試了一款固定波長的激光器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、第五波分復(fù)用器3-5和第六波分復(fù)用器3-6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8-1的中心反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為1nm/cm，光柵長度為20mm；第二線性啁啾光纖光柵8-2的中心反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為2nm/cm，光柵長度為10mm；第三線性啁啾光纖光柵8-3的中心反射波長為1542.9nm，啁啾系數(shù)為-2nm/cm，光柵長度為10mm；光纖反射鏡7的反射端面與同組線性啁啾光纖光柵的中心波長反射位置到各自連接的波分復(fù)用器的波分端口距離均為1000mm；四個(gè)光電探測器10的內(nèi)部光纖長度均為40mm；其余部分有等長要求的，長度均為1000mm；信號(hào)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(gè)光電探測器10的探測頻率不大于12GHz，示波器11的工作頻率為0~4GHz；其測試裝置如圖2所示，一種基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其方法步驟為：

步驟1、將上述基于光纖反射鏡和LCFBG的波分復(fù)用真延時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的四個(gè)光電探測器10并聯(lián)接入示波器11，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(jìn)入電光調(diào)制器5，與來自信號(hào)發(fā)生器4輸入的微波信號(hào)發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進(jìn)入第二波分復(fù)用器3-2的一個(gè)波分通道，在第一線性啁啾光纖光柵8-1處發(fā)生反射，被反射后的光信號(hào)經(jīng)分光器9后被分為兩路信號(hào)，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進(jìn)入第三波分復(fù)用器3-3的一個(gè)波分通道，在第二線性啁啾光纖光柵8-2處發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)經(jīng)過第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后進(jìn)入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；另一路光信號(hào)進(jìn)入第三光環(huán)形器6-3，經(jīng)第四波分復(fù)用器3-4的一個(gè)波分通道后在光纖反射鏡7端面發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)經(jīng)第六波分復(fù)用器3-6與之匹配的波分通道后依次進(jìn)入光電探測器10、示波器11。

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(jìn)入電光調(diào)制器5，與來自信號(hào)發(fā)生器4輸入的微波信號(hào)發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進(jìn)入第二波分復(fù)用器3-2的另一個(gè)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(hào)經(jīng)分光器9后被分為兩路信號(hào)，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進(jìn)入第三波分復(fù)用器3-3的另一個(gè)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(hào)經(jīng)過第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后進(jìn)入光電探測器10，最后顯示在示波器11上；另一路光信號(hào)經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第三線性啁啾光纖光柵8-3處發(fā)生反射，二次反射后的光信號(hào)進(jìn)入第六波分復(fù)用器3-6與之匹配的波分通道，后依次進(jìn)入光電探測器10、示波器11。

觀察并記錄此時(shí)四路信號(hào)在示波器11上顯示的延時(shí)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的波長和第三線性啁啾光纖光柵8-3，記錄此時(shí)四路信號(hào)在示波器11上顯示的延時(shí)差，轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟4、重復(fù)步驟3，直至超出可調(diào)諧激光器1的調(diào)諧范圍，轉(zhuǎn)入步驟5。

步驟5、繪制四路信號(hào)的延時(shí)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(shí)系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

結(jié)合圖1~圖4，本實(shí)施案例在未調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長和第三線性啁啾光纖光柵8-3的情況下，輸出延時(shí)差為0ps的四路信號(hào)；在此基礎(chǔ)上，同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長和第三線性啁啾光纖光柵8-3，四路信號(hào)的延時(shí)差從-50ps到+50ps內(nèi)變化。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)在零延時(shí)差基礎(chǔ)上上下連續(xù)調(diào)諧，理論上調(diào)諧范圍的大小不受限制，同時(shí)，結(jié)構(gòu)上不受啁啾光纖光柵的啁啾系數(shù)和光柵長度限制，裝置簡單，調(diào)諧精度高。