[發明專利]一種基于光纖Bragg光柵的雙邊緣濾波器

無效

• 申請號: 200810227168.0
• 申請日: 2008-11-24
• 公開（公告）號: CN101419317A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 楊遠洪;楊巍;陳明飛;郭錦錦;張萍萍;馬游春
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/34;G02B6/26;G02B6/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧 紀

技術領域

本發明涉及一種濾波器，更特別地說，涉及一種基于光纖Bragg光柵的雙邊緣濾波器。

背景技術

激光多普勒雷達利用光的多普勒效應，測量激光光束在大氣中傳輸時，后向散射信號的多普勒頻移來反演空間的風速分布。激光多普勒雷達的信號探測技術主要有兩種：相干探測技術和直接探測技術。相干探測技術測量的是回波信號和發射的激光信號之間的差頻信號，直接探測技術測量的是接收信號和發射的激光信號的相對能量變化。

激光多普勒雷達的直接探測技術主要實現方式有單邊緣探測和雙邊緣探測。單邊緣探測技術一般采用單一的F-P標準具探測多普勒頻移，雙邊緣探測技術一般采用雙F-P標準具探測多普勒頻移，因而它的靈敏度和探測精度更高，在激光多普勒雷達中被廣泛應用。

圖1所示的是基于F-P標準具的雙邊緣濾波器，由分立的光學元件組成。其反射面被分割成兩部分，腔長上存在微小的差別，以形成頻率上的差異。在出射端，輸出光信號經過三角棱鏡3和凸透鏡4后，分別照射在兩個探測器上，形成了兩個信號探測通道，其透射光譜的中心頻率分別為v₁和v₂。兩個F-P標準具被固定在第一基板1和第二基板2之間，用于消除因振動或熱效應引起的兩個通道中心頻率的漂移。被探測的信號進入雙邊緣濾波器后，不同部分同時經過兩個F-P標準具濾波輸出。當被測信號無頻移時，落入兩個通道的信號強度相同；當被測信號發生頻移時，落入兩個通道的信號強度發生變化，其中一個變小，另一個變大。通過比較兩個輸出信號的大小就可以獲得多普勒頻移。

基于F-P標準具的雙邊緣濾波器為精密的光學器件，具有精度高、靈敏度高、性能穩定的優點，但是其價格較為昂貴，且體積較大，不利于整體系統的集成化。

光纖光柵是近幾年發展最為迅速的光纖無源器件之一。它利用光纖材料的光敏性(如外界入射光子和纖芯內鍺離子相互作用引起折射率的永久性變化)，在光纖纖芯內形成空間相位光柵，其作用實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾波器或反射鏡。利用這一特性可構成許多性能獨特的光纖無源器件。由于光纖本身具有低損耗傳輸、抗電磁干擾、化學性質穩定及電絕緣等優點，因此，光纖光柵在光纖通信和光纖傳感領域有著廣泛的應用前景：在光纖通信領域中，可利用光纖光柵構成光纖濾波器、色散補償器、光纖激光器、波分復用系統等；在光纖傳感領域，由于外界參量的變化會引起光纖光柵結構參數的變化，進而導致光纖光柵光譜特性發生變化，因而可以實現外界參量的傳感。

根據光纖光柵周期的長短，可以將光纖光柵分為長周期光纖光柵和短周期光纖光柵。長周期光纖光柵的周期通常為幾十至幾百微米，為透射光柵；短周期光纖光柵的周期小于1μm，為反射光柵，又稱之為光纖Bragg光柵。其結構示意圖如圖2(a)所示，圖中：Λ為光柵周期，L為光柵的長度。光纖Bragg光柵的折射率為固定的周期性調制分布，調制深度與光柵周期均為常數，光柵波矢量方向與光纖軸線方向一致。當光經過光纖Bragg光柵時，滿足相位匹配條件的光被強烈反射，不滿足相位匹配條件的光被微弱反射，其反射光譜示意圖如圖2(b)所示，圖中：λ_B為光纖Bragg光柵的峰值波長，Δλ_B為光纖Bragg光柵的反射帶寬。光纖Bragg光柵的結構參數主要有光柵周期、光柵長度、折射率擾動量和纖芯有效平均折射率等；反射光譜參數主要有反射率、峰值波長、反射帶寬等。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服上述由分立光學元件組成的雙邊緣濾波器的不足，提供一種新型的基于光纖Bragg光柵的雙邊緣濾波器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于光纖Bragg光柵的雙邊緣濾波器，其特征在于：包含第一光纖耦合器、第一光纖環行器、第一光纖Bragg光柵、第一雪崩光電探測器、第二光纖環行器、第二光纖Bragg光柵、第二雪崩光電探測器；入射光經光纖進入第一光纖耦合器中被分為兩等份，分別由第一光纖耦合器的C端和D端輸出；第一光纖耦合器的C端輸出的光信號從第一光纖環行器的1端口進入第一光纖環行器并從2端口進入第一光纖Bragg光柵，被第一光纖Bragg光柵反射回來的光信號從第一光纖環行器的3端口輸出，被第一雪崩光電探測器接收并轉化為電信號；第一光纖耦合器的D端輸出的光信號從第二光纖環行器的1端口進入第二光纖環行器并從2端口進入第二光纖Bragg光柵，被第二光纖Bragg光柵反射回來的光信號從第二光纖環行器的3端口輸出，被第二雪崩光電探測器接收并轉化為電信號。