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1、(10)申请公布号 CN 103575408 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103575408 A (21)申请号 201310524083.X (22)申请日 2013.10.29 G01J 9/02(2006.01) (71)申请人 桂林电子科技大学 地址 541004 广西壮族自治区桂林市金鸡路 1 号 (72)发明人 何宁 龚雨心 黄灵鹭 廖欣 冯太琴 张雷 (74)专利代理机构 桂林市持衡专利商标事务所 有限公司 45107 代理人 陈跃琳 (54) 发明名称 光纤延迟线相位控制的相干光探测系统及方 法 (57) 摘要 本发明公开一种光纤延迟线相位控制的相干 光。
2、探测系统及方法， 其光纤激光器的输出端与光 纤分路器的输入端相连 ； 光纤分路器的第一输出 端连接调制器的一个输入端， 该调制器的另一个 输入端与外部的 RF 信号发生器相连， 该调制器的 输出端连接光纤合路器的一个输入端 ； 光纤分路 器的第二输出端连接光纤合路器的另一个输入 端 ； 光纤延迟线串接在调制器的输出端和光纤合 路器的一个输入端之间或光纤延迟线串接在光纤 分路器的第二输出端和光纤合路器的另一个输入 端之间 ； 光纤合路器的输出端连接光电探测器的 输入端。本发明能够通过光纤延迟线实现相位控 制， 补偿参考光与信号光支路间的相位差来提高 接收灵敏度、 信噪比及系统输出稳定性。 (51。
3、)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103575408 A CN 103575408 A 1/1 页 2 1. 光纤延迟线相位控制的相干光探测系统， 其特征在于 ： 主要由光纤激光器、 光纤分 路器、 调制器、 光纤延迟线、 光纤合路器和光电探测器组成 ； 其中光纤激光器的输出端与光 纤分路器的输入端相连 ； 光纤分路器的第一输出端连接调制器的一个输入端， 该调制器的 另一个输入端与外部的 RF 信号发生器相连， 该调制器的输出端连接光纤合。
4、路器的一个输 入端 ； 光纤分路器的第二输出端连接光纤合路器的另一个输入端 ； 光纤延迟线串接在调制 器的输出端和光纤合路器的一个输入端之间或光纤延迟线串接在光纤分路器的第二输出 端和光纤合路器的另一个输入端之间 ； 光纤合路器的输出端连接光电探测器的输入端。 2. 根据权利要求 1 所说的光纤延迟线相位控制的相干光探测系统， 其特征在于 ： 所述 光纤分路器的第一输出端上和第二输出端上接有衰减器。 3. 根据权利要求 1 所说的光纤延迟线相位控制的相干光探测系统， 其特征在于 ： 所述 光纤激光器为中心频率是 1550nm 的单频激光器。 4. 根据权利要求 1 所说的光纤延迟线相位控制的相。
5、干光探测系统， 其特征在于 ： 所述 光纤合路器为保偏光纤耦合器。 5. 根据权利要求 1 所说的光纤延迟线相位控制的相干光探测系统， 其特征在于 ： 所述 光电探测器的输出端上还接有频谱分析仪和 / 或示波器。 6. 基于权利要求 1 所述探测系统而实现的光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 其 特征是包括如下步骤 ： （1） 光纤激光器产生连续的激光光束 ； （2） 光纤分路器将光纤激光器产生的激光光束分为两路， 即形成相干光探测中的信号 光和参考光 ； （3） 信号光支路的激光光束与外部输入的射频信号在调制器中相互作用， 实现信息的 加载 ； （4） 信号光支路已加载信息的激光光束， 接。
6、入光纤延迟线对该路信号进行延迟， 对信号 的传输光程进行控制， 从而实现对相位的控制补偿， 参照参考光支路的光相位， 以得到适合 最佳探测的相位差， 提高相干混频效率及接收灵敏度 ； 或参考光支路的激光光束， 接入光纤延迟线对该路信号进行延迟， 对信号的传输光程 进行控制， 从而实现对相位的控制补偿， 参照信号光支路的光相位， 以得到适合最佳探测的 相位差， 提高相干混频效率及接收灵敏度 ； （5） 获得一定相位差的两支路光信号进入光纤合路器进行相干混频 ； （6） 光电探测器对混频后的信号进行光信号到电信号的转换。 7. 根据权利要求 6 所述光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 其特征是 。
7、： 还进一步 包括对光纤分路器的第一输出端和 / 或第二输出端输出的激光信号进行衰减的步骤。 8. 根据权利要求 6 所述光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 其特征是 ： 还进一步 包括采用频谱分析仪对光电探测器输出的射频信号频域进行跟踪测量的步骤和采用示波 器对光电探测器输出的射频信号波形进行显示的步骤。 9. 根据权利要求 6 所述光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 其特征是 ： 所述光纤 激光器为中心频率是 1550nm 的单频激光器。 10. 根据权利要求 6 所述光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 其特征是 ： 所述光纤 合路器为保偏光纤耦合器。 权 利 要 求 书 CN 10。
8、3575408 A 2 1/4 页 3 光纤延迟线相位控制的相干光探测系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及光通信领域， 具体涉及一种光纤延迟线相位控制的相干光探测系统及 方法。 背景技术 0002 激光及光纤技术的飞速发展， 使得相干光通信实现了又一次重要的飞跃， 不 仅在光通信领域得到了广泛的应用， 在其他领域如传感、 信号处理等也有很广的应 用。由于良好的滤波性能、 频带利用率高、 接收灵敏度高等优势， 使其成为满足通信终 端高要求、 解决光通信瓶颈的有效手段。相干光探测系统 （参见图 1）其输出信号满足 ： 该公式成立的条件为信号光与参考光的波前在整个 探测器光敏面上必须保持相同的。
9、频率和相位关系。按探测方式， 相干光探测系统可分为零 差探测和外差探测。 当信号光与参考光频率不等， 即s-L0时， 称之为外差探测 ； 当两 者相等， 即s-L=0时， 称之为零差探测。 零差的探测灵敏度比外差高3dB， 且激光为同源， 激光特性参数和光学匹配便于控制， 不论是为了满足相干光探测输出信号公式成立的必要 条件， 还是为了采用更高效简便的零差探测， 保持信号光与参考光之间相位的一致对于相 干光探测的实现和性能的提升都起到了至关重要的作用。 然而在常规激光通信信号传输的 过程中存在光程差异， 将不可避免的会引入一定的相位变化， 当激光频率一致的情况下， 最 终的探测结果将取决于相位。
10、的变化。随着两路光信号相位差在 0 2 之间变化， 相干探 测输出信号会产生波动， 系统的接收灵敏度、 信噪比和输出信号的稳定性等参数将受到不 同程度的影响。如何进行相位的控制， 成为信号传输接收的关键。由于光的频率极高， 其具 体的相位无法精确控制， 而通过相位与时间的映射关系， 采用传输时间控制来替代相位控 制相对简单得多。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤延迟线相位控制的相干光探测系统 及方法， 其能够通过控制相位， 补偿参考光与信号光支路间的相位差来提高接收灵敏度、 信 噪比及系统输出稳定性。 0004 为解决上述问题， 本发明是通过以下技术方案实现的 ： 0。
11、005 光纤延迟线相位控制的相干光探测系统， 主要由光纤激光器、 光纤分路器、 调制 器、 光纤延迟线、 光纤合路器和光电探测器组成 ； 其中光纤激光器的输出端与光纤分路器的 输入端相连 ； 光纤分路器的第一输出端连接调制器的一个输入端， 该调制器的另一个输入 端与外部的 RF 信号发生器相连， 该调制器的输出端连接光纤合路器的一个输入端 ； 光纤分 路器的第二输出端连接光纤合路器的另一个输入端 ； 光纤延迟线串接在调制器的输出端和 光纤合路器的一个输入端之间或光纤延迟线串接在光纤分路器的第二输出端和光纤合路 器的另一个输入端之间 ； 光纤合路器的输出端连接光电探测器的输入端。 说 明 书 C。
12、N 103575408 A 3 2/4 页 4 0006 为了调节两支路信号光功率， 以选择合适的分光比， 上述系统所述光纤分路器的 第一输出端上和第二输出端上接有衰减器。 0007 上述系统中， 所述光纤激光器为中心频率是 1550nm 的单频激光器。 0008 上述系统中， 所述光纤合路器为保偏光纤耦合器。 0009 上述系统中， 所述光电探测器的输出端上还接有频谱分析仪和示波器。 0010 基于上述探测系统所实现的光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 如下步骤 ： 0011 （1） 光纤激光器产生连续的激光光束 ； 0012 （2） 光纤分路器将光纤激光器产生的激光光束分为两路， 即形成。
13、相干光探测中的 信号光和参考光 ； 0013 （3） 信号光支路的激光光束与外部输入的射频信号在调制器中相互作用， 实现信 息的加载 ； 0014 （4） 信号光支路已加载信息的激光光束， 接入光纤延迟线对该路信号进行延迟， 对 信号的传输光程进行控制， 从而实现对相位的控制补偿， 参照参考光支路的光相位， 以得到 适合最佳探测的相位差， 提高相干混频效率及接收灵敏度 ； 0015 或参考光支路的激光光束， 接入光纤延迟线对该路信号进行延迟， 对信号的传输 光程进行控制， 从而实现对相位的控制补偿， 参照信号光支路的光相位， 以得到适合最佳探 测的相位差， 提高相干混频效率及接收灵敏度 ； 0。
14、016 （5） 获得一定相位差的两支路光信号进入光纤合路器进行相干混频 ； 0017 （6） 光电探测器对混频后的信号进行光信号到电信号的转换。 0018 上述方法还进一步包括对光纤分路器的第一输出端和 / 或第二输出端输出的激 光信号进行衰减的步骤。 0019 上述方法还进一步包括采用频谱分析仪对光电探测器输出的射频信号频域进行 跟踪测量的步骤和采用示波器对光电探测器输出的射频信号波形进行显示的步骤。 0020 上述方法中， 所述光纤激光器为中心频率是 1550nm 的单频激光器。 0021 上述方法中， 所述光纤合路器为保偏光纤耦合器。 0022 与现有技术相比， 本发明采用外调制方法， 。
15、在激光发射光路上实现信号调制， 减小 激光谐振腔瞬时过程带来的许多不利因素， 保证激光器的频率稳定性， 有利于提高调制速 率、 增加传输距离， 同时便于相位控制的处理。 并且采用保偏光纤耦合器对两路信号进行合 路混频， 使两路信号的偏振态保持一致， 有利于减小偏振波动带来的输出信号起伏。此为， 本发明的核心改进点之一是在相干光探测系统中采用光纤延迟线进行相位控制， 改进了传 统无相位控制的相干探测系统中混频信号相位差的随机性， 极大提高了相干探测信号输出 的确定性， 将难以精确控制的相位转换为时间控制， 通过调节信号传输光程来控制相位延 迟， 补偿在传输过程中不可避免的相位变化， 微调信号光与。
16、参考光之间的相位差， 使参与混 频的两路光信号满足一定的相位关系， 有利于提高混频效率和探测灵敏度， 提升了相干光 探测的性能， 增强其在光纤通信中的应用价值。 附图说明 0023 图 1 为相干光探测原理图 ； 0024 图 2 为一种光纤延迟线相位控制的相干光探测系统示意图 ； 说 明 书 CN 103575408 A 4 3/4 页 5 0025 图 3 为另一种光纤延迟线相位控制的相干光探测系统示意图。 具体实施方式 0026 实施例 1 ： 0027 一种光纤延迟线相位控制的相干光探测系统如图 2 所示， 其主要由光纤激光器、 光纤分路器、 调制器、 光纤延迟线、 保偏光纤耦合器和光。
17、电探测器组成。其中光纤激光器的 输出端与光纤分路器的输入端相连。光纤分路器的第一输出端连接调制器的一个输入端， 该调制器的另一个输入端与外部的 RF 信号发生器相连， 该调制器的输出端经光纤延迟线 连接保偏光纤耦合器的一个输入端。 光纤分路器的第二输出端直接连接保偏光纤耦合器的 另一个输入端。保偏光纤耦合器的输出端连接光电探测器。 0028 中心频率为 1550nm 的单频激光器产生的激光信号经过 12 光纤分路器分为两 路， 一路作为信号光支路， 与调制器的输入端相连， 外部输入的射频电信号与调制器的另一 个输入端相连。调制器的输出端接入光纤延迟线的输入端。光纤分路器分出的另一路作为 参考光。
18、支路， 作为相位参考， 该信号与光纤延迟线输出的已调信号同时接入保偏光纤耦合 器， 其输出端与光电探测模块相连。 0029 为了能够调节两支路信号光功率， 以选择合适的分光比， 在本发明优选实施例中， 所述光纤分路器的第一输出端上和 / 或第二输出端上接有衰减器。此外， 光电探测器的输 出端上还接有频谱分析仪对射频信号频域进行跟踪测量和 / 或接有示波器对对射频信号 波形进行显示。 0030 上述探测系统所实现的光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 包括如下步骤 ： 0031 （1） 采用光纤激光器产生连续的激光光束 ； 在本发明优选实施方案实例中， 所述激 光光束由中心频率 1550nm 的。
19、单频激光器产生 ； 0032 （2） 光分路器将激光光束将步骤 （1） 中产生的激光光束分为两路， 形成相干光探测 中的信号光和参考光 ； 可根据需要再在光纤分路器的第一输出端上和 / 或第二输出端上加 入衰减器， 调节两支路信号光功率， 以选择合适的分光比 ； 0033 （3） 信号光支路的激光光束与外部输入的射频信号在调制器中相互作用， 实现信 息的加载 ； 0034 （4） 信号光支路已加载信息的激光光束， 接入光纤延迟线对该路信号进行延迟， 对 信号的传输光程进行控制， 从而实现对相位的控制补偿， 参照参考光相位， 以得到适合最佳 探测的相位差， 提高相干混频效率及接收灵敏度 ； 00。
20、35 （5） 获得一定相位差的两支路光信号进入光纤合路器进行相干混频 ； 在本发明 优选实施方案案例中， 光纤合路器采用保偏光纤耦合器， 以保持两支路光信号偏振态的一 致 ； 0036 （6） 光电探测模块对混频后的信号进行光信号到电信号的转换， 并采用频谱分析 仪对射频信号频域进行跟踪测量和采用示波器对光电探测器输出的射频信号波形进行显 示。 0037 实施例 2 ： 0038 一种光纤延迟线相位控制的相干光探测系统如图 3 所示， 其主要由光纤激光器、 光纤分路器、 调制器、 光纤延迟线、 光纤合路器和光电探测器组成。其中光纤激光器的输出 说 明 书 CN 103575408 A 5 4/。
21、4 页 6 端与光纤分路器的输入端相连。光纤分路器的第一输出端连接调制器的一个输入端， 该调 制器的另一个输入端与外部的 RF 信号发生器相连， 该调制器的输出端直接连接光纤合路 器的一个输入端。 光纤分路器的第二输出端通过光纤延迟线连接光纤合路器的另一个输入 端。光纤合路器的输出端连接光电探测器。 0039 中心频率为 1550nm 的单频激光器产生的激光信号经过 12 光纤分路器分为两 路， 一路作为信号光支路， 与调制器的输入端相连， 外部输入的射频电信号与调制器的另一 个输入端相连。调制器的输出端接入光纤延迟线的输入端。光纤分路器分出的另一路作为 参考光支路， 作为相位参考， 该信号与。
22、光纤延迟线输出的已调信号同时接入保偏光纤耦合 器， 其输出端与光电探测模块相连。 0040 为了能够调节两支路信号光功率， 以选择合适的分光比， 在本发明优选实施例中， 所述光纤分路器的第一输出端上和 / 或第二输出端上接有衰减器。此外， 光电探测器的输 出端上还接有频谱分析仪对射频信号频域进行跟踪测量和 / 或接有示波器对对射频信号 波形进行显示。 0041 上述探测系统所实现的光纤延迟线相位控制的相干光探测方法， 包括如下步骤 ： 0042 （1） 采用光纤激光器产生连续的激光光束 ； 在本发明优选实施方案实例中， 所述激 光光束由中心频率 1550nm 的单频激光器产生 ； 0043 （。
23、2） 光分路器将激光光束将步骤 （1） 中产生的激光光束分为两路， 形成相干光探测 中的信号光和参考光 ； 可根据需要再在光纤分路器的第一输出端上和 / 或第二输出端上加 入衰减器， 调节两支路信号光功率， 以选择合适的分光比 ； 0044 （3） 信号光支路的激光光束与外部输入的射频信号在调制器中相互作用， 实现信 息的加载 ； 0045 （4） 参考光支路的激光光束， 接入光纤延迟线对该路信号进行延迟， 对信号的传输 光程进行控制， 从而实现对相位的控制补偿， 参照信号光支路的光相位， 以得到适合最佳探 测的相位差， 提高相干混频效率及接收灵敏度 ； 0046 （5） 获得一定相位差的两支路光信号进入光纤合路器进行相干混频 ； 在本发明 优选实施方案案例中， 光纤合路器采用保偏光纤耦合器， 以保持两支路光信号偏振态的一 致 ； 0047 （6） 光电探测模块对混频后的信号进行光信号到电信号的转换， 并采用频谱分析 仪对射频信号频域进行跟踪测量和采用示波器对光电探测器输出的射频信号波形进行显 示。 说 明 书 CN 103575408 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103575408 A 7 。