一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法

技术领域

本发明专利涉及一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法，涉及相控阵雷达系统，属于光纤激光传输与放大技术领域。

背景技术

光纤放大器是(Opt ical Fiber Ampl ifier，OFA)是光通信系统的核心器件之一，主要用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种全光放大器。光纤延迟线(Optica l Del ay Li ne，ODL)是微波光子技术的重要应用，在雷达系统及电子对抗系统等领域发挥着重要作用。光控相控阵雷达将光纤传输与放大技术、光实时延迟技术应用到相控阵中,在子阵上采用光实时延迟线可以减小渡越时间、孔径效应的影响,使传统相控阵雷达实现宽带宽角扫描的难题得以解决。在传统相位干涉仪的应用中，利用光纤延迟线将不同天线接收到的信号进行延迟，使系统能够分时处理各路信号，可以有效解决传统相位干涉仪设备量大、系统复杂的问题。同时光纤传输与放大链路具有分配灵活、重量轻、体积小、抗电磁干扰等优点，光纤的带宽很大、衰减很小,便于雷达信号的远程传输。

然而，为了能够精准提取信号的相位信息，延迟保存的时间需要达到微秒级，因此需要光纤的长度较长，损耗增大，同时导致信号光相位易受环境的影响而改变，进而产生非常大甚至超过一个周期的额外鉴相误差。这类误差会随着温度的改变而改变，且无法通过校正通道幅相误差将其去除，需要实时高精度测量光纤延迟线延迟时间的方法得到此时延迟线的精确延迟时间，从而校正此类误差。为了满足传统干涉仪对鉴相误差低于30°的要求，光纤延迟时间的精度需要达到皮秒级以上。对于需要精确调制相位的系统，延时光纤长度较长，将光纤放大器和光延迟线集成，以便灵活获得更高精度光延时的研究则具有非常重要的价值和意义。

发明专利内容

本发明专利提供了一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法，光延迟精度可达飞秒量级，相位调制精度可达3.3°。不仅获得了精确的相位调制，也从根本上解决了工艺瓶颈只能做到毫米量级延迟的问题，获得高精度光学延迟。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法，包括：

光放大模块，用于将信号光进行放大；

光延迟模块，用于使所述光信号获得光延迟；所述光延迟模块通过温度改变光纤折射率，进而改变光在这段光钎中的传播速度。

在一较佳实施例中：所述光放大模块包括:光纤跳线、光隔离器、分光器、光电探测器、泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤、温度探测及控制模块；

所述波输入跳线经第一隔离器接输入分光器，部分光通过分光器进入输入探测器进行输入光功率的监测；所述波分复用器的980端用于连接980nm泵浦激光器，1550端连接输入分光器的信号端；所述掺铒光纤输出端通过第二隔离器接入光延迟模块9调控光延迟，延迟调整后的信号光经输出分光器进行输出光功率探测和信号传输，最后经所述输出跳线输出。

在一较佳实施例中：所述光延迟模块包括：

光延迟线，用于获得光学延迟；所述光延迟线的光学输入端与所述光放大模块的光输出端连接；

温度测量及控制模块，用于探测及控制光延迟线温度；所述温度测量及控制模块与光延迟线表面接触，通过对其进行温度的测量和控制来改变光纤折射率以调控光延迟。

在一较佳实施例中：所述温度测量及控制模块包括：

半导体制冷器,用于控制光延迟线温度；

热敏电阻，用于探测光延迟线温度

相较于现有技术，本发明专利的有益效果是：

1.实现高精度光延迟：对于单模光纤，1ps的光延迟对应0.2mm光程，目前的工艺水平较容易实现5mm光延时精度的控制，本发明专利通过温控设计可实现fs量级的光延迟控制精度；同时降低了产品光延时批次一致性对工艺的要求。

2.实现精确的相位控制：通过在fs量级调控光延迟，可使频率为C波段的信号光(193THz)相位精确控制在大约3.3°的变化范围之内。

3.光延迟模块可连续调整光延迟，延时可调范围达0～300ps，具备体积小，成本低和兼容性高等特点。

4.集成光纤放大器：将光纤放大器集成在高精度光延迟模块中，有效提高光延时模块的输出光功率，使产品兼具小型化、集成化、多功能一体化等特点。

附图说明

图1是本发明优选实施例的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1所示，本发明专利的一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法，包括：光放大模块和光延迟模块9，所述光放大模块进一步包括：输入跳线1、第一隔离器2、输入分光器3、输入探测器4、泵浦激光器5、波分复用器6，掺铒光纤7，第二隔离器8，输出分光器10，输出探测器11和输出跳线12。

所述波输入跳线1经第一隔离器2接输入分光器3，部分光通过分光进入输入探测器4进行输入光功率的监测。波分复用器6的980端用于连接980nm 泵浦激光器5，1550端连接输入分光器3的信号端。所述掺铒光纤7输出端增加第二隔离器8，以滤掉多余的泵浦光，再接入光延迟模块9调控光延迟，延迟调整后的信号光经输出分光器10进行输出光功率探测和信号传输，最后经所述输出跳线12输出。

采用高精度光延迟模块精确调控相位的具体解释如下：

首先，通过光延迟模块获得高精度光延时：将需要调控延迟的一段光纤放置在TEC表面，通过改变TEC电流来控制温度(精度可达0.1℃)。由于温度变化会影响光纤折射率(单模光纤的折射率温度系数为0.8*10

其次，通过高精度光延时精确控制相位：光纤延迟线中，信号光相位与延迟时间的关系为t＝Φ/2πf(其中t是光纤延迟线的延迟时间，f是传输信号频率，φ是输入输出信号之间的相位差)。对于1m的光纤，温度变化0.1℃，延迟线的延迟时间为2.7fs，对于频率为193THz的光信号，相位则可精确控制在3.3°以内，近10倍优于传统干涉仪对鉴相误差低于30°的标准。

再次，对于较长距离的光纤延迟线，将光纤放大器集成在高精度光延迟模块中，可有效弥补因延时带来的光损耗，提高光延时模块的输出光功率，使产品兼具小型化、集成化、多功能一体化等特点。

综上，本发明专利提供的一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法，可精确控制相位，获得高精度光延迟，以及高功率的光输出。不仅对于相控阵雷达系统，对于其他更多光电子系统均具有重要价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。