[發明專利]用于測量磁場的光電振蕩器及其測量方法

在審

• 申請號: 201910104101.6
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN109814048A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 王目光;張乃晗;武蓓蕾;牟宏謙;韓夢瑤;魏淮
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 孫洪波

本發明提供了一種用于測量磁場的光電振蕩器及其測量方法，包括：光源、第一光耦合器、可調節光時延模塊、帶有磁致伸縮材料的光纖傳感頭、第二光耦合器、電光調制器、色散元件、光放大器、光電探測器、微波放大器和功分器；第一光耦合器和第二光耦合器及其之間的帶有磁致伸縮材料的光纖傳感頭和可調節光時延模塊組成一個馬赫曾德爾干涉儀MZI；帶有磁致伸縮材料的光纖傳感頭位于MZI的一個臂中，用于感應磁場進行相應的伸縮形變。本發明利用微波光子技術，通過光纖來感知磁場的大小，將磁場變化轉化為對光電振蕩器振蕩信號頻率的變化，解決了磁場測量解調方式復雜、靈敏度低以及穩定性差的問題。

技術領域

本發明涉及微波光子學技術和傳感測量領域，尤其涉及一種用于測量磁場的光電振蕩器及其測量方法。

背景技術

微波光子學是一門融合微波技術和光子學的新興交叉學科,而光電振蕩器是微波光子學中的一個重要器件，最早的光電混合振蕩器是由A.Neyer和E.Voges在1982年提出來的利用光器件和微波器件構成，現有技術中的光電振蕩器結構通常包括激光源、強度調制器、長光纖、光濾波器或微波濾波器、微波放大器或光放大器、光電探測器等光電器件，利用這些元件搭建一個正反饋環路實現自起振。光電振蕩器利用光器件的高帶寬，以及長光纖的高儲能、低損耗特性，可以在高頻段(微波/毫米波段)獲得超低相位噪聲的高品質振蕩信號。因此，在近些年得到了迅速發展。

基于普通單環光電振蕩器的基礎，國內外相關學者先后提出基于微波光子濾波器的光電振蕩器、雙環/多環光電振蕩器、耦合式光電振蕩器等多種不同類型的結構，在噪聲抑制、穩定性控制、調諧范圍、小型化等性能方面得到了很大的提高。目前，光電振蕩器技術可應用于光脈沖產生、信號處理、混沌光生成等方面。為了實用化，已經有很多小型化集成化的光電振蕩器面世。由于光電振蕩器可產生高頻率和高品質的微波信號，它在傳感方面的應用也引來了越來越多學者關注，已報道的包括基于光電振蕩器的溫度、應力、距離、長度以及聲波等傳感器。其中，大多數都是基于微波光子濾波器的光電振蕩器結構，通過一些設計，使待測物理量與微波光子濾波器的中心頻率建立聯系，進而通過監測光電振蕩器所產生微波信號的頻率獲得有關待測物理量的信息，由于使用了具有高分辨率和高速度的數字信號處理器模塊來測量微波信號頻率，可以有效地提高解調速度和分辨率。近期，有學者提出基于相移布拉格光柵微波光子濾波器的光電振蕩器磁場傳感方案，該方案在相移光柵上粘貼磁致伸縮材料，利用相移光柵反射譜中的窄帶凹陷進行選頻，當磁場大小改變時，窄帶凹陷的中心頻率發生漂移，進而改變微波光子濾波器的中心頻率，對應的，光電振蕩器振蕩信號的頻率也將發生改變，因此，可以通過監測微波信號的頻率變化來得到磁場大小。