[發(fā)明專利]一種數(shù)字式高速波長解調(diào)器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810222755.0
• 申請日: 2008-09-24
• 公開（公告）號: CN101364025A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚中偉;任文華;陶配琳;寧提綱;王燕花;裴麗;簡水生
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G02F2/00
• 分類號: G02F2/00;G02B6/02;G02B6/26;H04B10/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)字式高速波長解調(diào)器，屬于光纖通信系統(tǒng)和光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感器是一類新型光纖傳感技術(shù)，除了具有普通光纖傳感器的許多優(yōu)點外，還有一些明顯優(yōu)于其它光纖傳感器的地方，其中最重要的就是光纖光柵傳感器的傳感信號為波長調(diào)制，這一傳感機制的好處在于：(1)測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測器老化等因素的影響；(2)避免了一般干涉型傳感器中相位測量的不清晰和對固有參考點的需要；(3)能方便的使用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中串接多個布喇格光柵進(jìn)行分布式測量。另外，光纖光柵很容易埋入材料中對其內(nèi)部的應(yīng)變和溫度進(jìn)行高分辨率和大范圍地測量，光纖光柵傳感器被認(rèn)為是實現(xiàn)“光纖靈巧結(jié)構(gòu)”的理想器件。光纖光柵傳感器在民用工程結(jié)構(gòu)、航空航天業(yè)、船舶航運業(yè)、石油化工業(yè)、電力工業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面取得了廣泛應(yīng)用。

光纖光柵(FBG)傳感器及其系統(tǒng)的研究開發(fā)也受到了中國各級政府和研究、應(yīng)用單位的重視，國家自然科學(xué)基金委、國家其他部委和地方政府都對FBG傳感技術(shù)的研究提供了資助，旨在促進(jìn)其發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)許多單位開展了FBG傳感技術(shù)的研究，包括電流、電壓、振動、應(yīng)力、溫度等傳感器。光纖光柵傳感技術(shù)經(jīng)過十多年的研究和開發(fā)，已得到快速的發(fā)展，但工程化和產(chǎn)業(yè)化才剛剛開始，由于FBG傳感器的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵器件的應(yīng)用問題和批量生產(chǎn)問題還沒有得到很好地解決，限制了FBG傳感器的大量應(yīng)用。光纖光柵傳感系統(tǒng)主要包括傳感用光纖光柵、傳感專用器件和光纖光柵傳感信號解調(diào)裝置三大部分，其中光纖光柵傳感信號解調(diào)裝置是最昂貴的部分，如美國Luna公司的波長解調(diào)器價格為十多萬美元。Micron?Optics公司的波長解調(diào)器需要幾十萬人民幣。另外，許多實際的工程應(yīng)用，需要實時監(jiān)控，采樣頻率要求很高，而現(xiàn)在商用調(diào)解器掃描頻率有限，如Micron?Optics公司的型號為FBFSLI的波長調(diào)解器掃描頻率只有100Hz，這也限制了FBG傳感器的應(yīng)用。目前掌握著FBG傳感器的關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵器件的只有美國等少數(shù)幾家公司能生產(chǎn)，價格非常昂貴，并且國外公司在技術(shù)上嚴(yán)格保密。

發(fā)明內(nèi)容

光纖光柵傳感器要想達(dá)到1℃和10uε的精度，需要達(dá)到波長的測試精度為0.01nm。因此，對測試精度的要求較高。而且，需要在一個很寬的范圍內(nèi)對多個信道的波長進(jìn)行檢測，測試時間受到一定的限制。只有美國等少數(shù)幾家公司掌握著這種高速、精確的波長測試的關(guān)鍵技術(shù)。為了克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種數(shù)字式高速波長解調(diào)器，即波長檢測器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種數(shù)字式高速波長解調(diào)器，即波長檢測器，構(gòu)成該高速波長解調(diào)器的器件的連接：

寬帶光源的輸出端與環(huán)形器的一端口連接，環(huán)形器的另一個端口與光纖光柵連接，環(huán)形器的第三端口與光電調(diào)制器的一端連接，光電調(diào)制器的另一端經(jīng)過光纖環(huán)路控制器與數(shù)字光接收機連接，數(shù)字光接收機進(jìn)行波長識別。

光纖環(huán)路控制器，由光纖和光開關(guān)組成，使光在光纖環(huán)路控制器中循環(huán)，提供需要的色散量，總色散量滿足條件z＝n·D·L，其中，D是光纖的色散，L是光纖環(huán)路控制器中使用光纖的長度，n是由光開關(guān)控制的光在光纖中循環(huán)的次數(shù)。

光電調(diào)制器是高速相位調(diào)制器，主要是使直流光變成窄脈沖。

數(shù)字光接收機，對光脈沖進(jìn)行光電變換，然后進(jìn)行判決，其時鐘頻率高于或者等于光電調(diào)制器；一串與光纖光柵的波長相對應(yīng)的“0”“1”碼，從中讀出光纖光柵的波長信息。

光纖環(huán)路控制器由兩個1×2光開關(guān)與一段光纖(9)共同組成。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有效效果：

2007年文獻(xiàn)“Novel?Dispersion?Compensating?Module?based?Interrogatorfor?Fiber?Bragg?Grating?Sensors”(ECOC2007)曾經(jīng)提出利用光纖色散來使不同波長的光在時域上擴展，利用示波器來進(jìn)行檢測。但是，一方面，光纖色散量有限，只有幾十公里光纖色散量太小，無法使光在時域內(nèi)有效展寬；另一方面，由于色散展寬較小，需要使用很高頻的示波器(分辨率2ps)，這種高頻設(shè)備非常昂貴。而且，示波器只適合在實驗室中使用，又不能實現(xiàn)實時檢測。

本發(fā)明采用環(huán)路控制器增加色散，使脈沖擴散到可以使用普通光通信接收機能夠達(dá)到的速度，這樣就使檢測設(shè)備的成本和制作難度大幅度降低。