專利名稱：一種數(shù)字式高速波長解調器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字式高速波長解調器，屬于光纖通信系統(tǒng)和光纖傳感技 術領域。
背景技術：
光纖光柵傳感器是一類新型光纖傳感技術，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 便的使用波分復用技術在一根光纖中串接多個布喇格光柵進行分布式測量。另 外，光纖光柵很容易埋入材料中對其內部的應變和溫度進行高分辨率和大范圍 地測量，光纖光柵傳感器被認為是實現(xiàn)"光纖靈巧結構"的理想器件。光纖光柵傳 感器在民用工程結構、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)學等方面取得了廣泛應用。
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、 應用單位的重視，國家自然科學基金委、國家其他部委和地方政府都對FBG傳 感技術的研究提供了資助，旨在促進其發(fā)展。在此基礎上，國內許多單位開展 了 FBG傳感技術的研究，包括電流、電壓、振動、應力、溫度等傳感器。光纖 光柵傳感技術經過十多年的研究和開發(fā)，已得到快速的發(fā)展，但工程化和產業(yè) 化才剛剛開始，由于FBG傳感器的關鍵技術和關鍵器件的應用問題和批量生產 問題還沒有得到很好地解決，限制了 FBG傳感器的大量應用。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裝置三大
部分，其中光纖光柵傳感信號解調裝置是最昂貴的部分，如美國Lima公司的波 長解調器價格為十多萬美元。Micron Optics公司的波長解調器需要幾十萬人民 幣。另外，許多實際的工程應用，需要實時監(jiān)控，采樣頻率要求很高，而現(xiàn)在 商用調解器掃描頻率有限，如Micron Optics公司的型號為FBFSLI的波長調解 器掃描頻率只有100Hz，這也限制了FBG傳感器的應用。目前掌握著FBG傳感器
的關鍵技術與關鍵器件的只有美國等少數(shù)幾家公司能生產，價格非常昂貴，并 且國外公司在技術上嚴格保密。

發(fā)明內容
光纖光柵傳感器要想達到rc和iou e的精度，需要達到波長的測試精度為
O.Olnm。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對多 個信道的波長進行檢測，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鍵技術。為了克服現(xiàn)有的技術不足，本 發(fā)明提供一種數(shù)字式高速波長解調器，即波長檢測器。 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種數(shù)字式高速波長解調器，即波長檢測器，構成該高速波長解調器的器 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制器的一端連接，光電調制器的另一端經 過光纖環(huán)路控制器與數(shù)字光接收機連接，數(shù)字光接收機進行波長識別。
光纖環(huán)路控制器，由光纖和光開關組成，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^ = "*￡)*〖，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是由光開關控制的光在光纖中循環(huán)的次數(shù)。
光電調制器是高速相位調制器，主要是使直流光變成窄脈沖。 數(shù)字光接收機，對光脈沖進行光電變換，然后進行判決，其時鐘頻率高于
或者等于光電調制器； 一串與光纖光柵的波長相對應的"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1X2光開關與一段光纖(9)共同組成。
本發(fā)明和已有技術相比所具有的有效效果
2007年文獻"Novel Dispersion Compensating Module based Interrogator for Fiber Bragg Grating Sensors" (EC0C2007)曾經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 能夠達到的速度，這樣就使檢測設備的成本和制作難度大幅度降低。
此外，由于該系統(tǒng)沒有使用任何機械調節(jié)的部件，所以測量速度很快，測 量速度僅僅取決于光纖光柵的總帶寬和環(huán)路控制器中光纖的長度。 一般來說， 測量速度應該在微秒量級，遠遠好于現(xiàn)有技術。其測試精度取決于接收機的測 試速度和環(huán)路控制器中光纖的總長度。由于我們關心的是光的波長，對波形則 沒有太多要求，因此，不需要進行模數(shù)轉化和信號處理，光信號經過光電探測 器之后直接進行判決，而采用通信系統(tǒng)中最為常用的接收機，因此，可以大大 降低處理電路的難度和成本，減小系統(tǒng)開發(fā)的難度。
本專利提出的一種基于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字式高速波長解調器，主要
由寬帶光源、光調制器、光開關、光纖和光接收機等器件組成。具有結構簡單、 輸出穩(wěn)定、沒有機械部件等特點，能夠應用于光纖光柵長距離傳感系統(tǒng)中。有 望改變目前光波長解調設備依賴進口的問題，在光纖傳感方面具有廣泛的應用 前景。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是一種基于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字式高速波長解調器的原理示意圖； 圖2是環(huán)路控制器的原理示意圖。
具體實施例方式
一種數(shù)字式高速波長解調器，即波長檢測器，構成該解調器的器件之間的 連接為
寬帶光源1的輸出端與環(huán)形器2的端口 2a連接，環(huán)形器的端口 2b連接光 纖光柵3，環(huán)形器2的端口2c與光電調制器4的一端連接，光電調制器4的另一端 經過光纖環(huán)路控制器5與數(shù)字光接收機6連接，數(shù)字光接收機6進行波長識別。
光纖環(huán)路控制器5，由光纖和光開關組成，使光在光纖環(huán)路控制器5中循環(huán)，
提供需要的色散量，總色散量滿足條件2 = "*￡)*￡，其中，D是光纖的色散， L是光纖環(huán)路控制器5中使用光纖的長度，n是由光開關控制的光在光纖中循環(huán)的 次數(shù)。
光電調制器4是高速相位調制器，主要是使直流光變成窄脈沖。 數(shù)字光接收機6，對光脈沖進行光電變換，然后進行判決，其時鐘頻率高于
或者等于光電調制器4; 一串與光纖光柵的波長相對應的"0""1"碼，從中讀
出光纖光柵的波長信息。
光纖環(huán)路控制器5由兩個1X2光開關7和8與一段光纖9共同組成，每個 光開關有三個端口 a，b,c，通過控制光開關，端口 a分別能與端口 b或者端口 c 相連通
對光纖光柵傳感器的波長檢測過程如下 1.寬帶光源1輸出的直流光通過環(huán)形器2輸入到波長為 AA......義 義 +1義 +2......^的光纖光柵3中，則反射回來的光波長為；......，
A義"+2…，......，義" Jw;
2. 把返回的光通過10Gb/s的光電調制器4，產生周期為100ps，脈沖寬度小于
100ps的光脈沖；
3. 將此脈沖通過光纖環(huán)路控制器5，比如使用10公里的光纖，用光纖環(huán)路控 制器5使光脈沖反復經過60次，也就是相當于經過600公里光纖，如果按每公里 色散17ps/km/nm計算，那么O. Olnm的波長差產生的色散為O. 01X17X600 = 102ps，普通商用的10Gb/s的數(shù)字光接收機6的速率就是100ps，因此，就使用 10Gb/s的數(shù)字光接收機6實現(xiàn)0. Olnm的波長解調；
4. 用數(shù)字光接收機6對光脈沖進行檢測、判決，就可以得到代表波長的"O"、 "1"序列，由于色散對光脈沖本身也有展寬作用，因此，有光的波長會出現(xiàn)一
串連"1"，其間會出現(xiàn)連"0"，這樣，只需要對連"1"之間的"0"進行計數(shù)， 就能夠知道各個光纖光柵之間的波長間隔。
5. 在系統(tǒng)中引入一個固定波長的光纖光柵或是激光器作為基準波長，把其 它的波長用它來校準，就得到所需要的所有光纖光柵的波長信息了。至此，利 用10Gb/s的數(shù)字光接收機6，成功地對光纖光柵的波長進行了檢測速度為微秒 量級、檢測精度為0.01nm的波長解調。這樣就保證了光纖光柵傳感器能夠達到 rC和10ue的精度。
權利要求
1.一種數(shù)字式高速波長解調器，其特征是寬帶光源(1)的輸出端與環(huán)形器(2)的端口(2a)連接，環(huán)形器的端口(2b)連接光纖光柵(3)，環(huán)形器(2)的端口(2c)與光電調制器(4)的一端連接，光電調制器(4)的另一端經過光纖環(huán)路控制器(5)與數(shù)字光接收機(6)連接，數(shù)字光接收機(6)進行波長識別。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種數(shù)字式高速波長解調器，其特征是光纖 環(huán)路控制器(5)，由光纖和光開關組成，使光在光纖環(huán)路控制器(5)中循 環(huán)，提供需要的色散量，總色散量滿足條件Z-n，D,Z，其中，D是光纖 的色散，L是光纖環(huán)路控制器(5)中使用光纖的長度，n是由光開關控制的 光在光纖中循環(huán)的次數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種數(shù)字式高速波長解調器，其特征是光電 調制器(4)是高速相位調制器，主要是使直流光變成窄脈沖。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種數(shù)字式高速波長解調器，其特征是數(shù)字 光接收機(6)，對光脈沖進行光電變換，然后進行判決，其時鐘頻率高于或 者等于光電調制器(4); 一串與光纖光柵的波長相對應的"0""1"碼，從 中讀出光纖光柵的波長信息。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種數(shù)字式高速波長解調器，其特征是光纖 環(huán)路控制器(5)由兩個1X2光開關(7)和(8)與一段光纖(9)共同組 成，每個光開關有三個端口 (a,b，c)，通過控制光開關，端口 (a)分別能與 端口 (b)或者端口 (c)相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字式高速波長解調器，屬于光纖傳感領域。寬帶光源(1)的輸出端與環(huán)形器(2)的端口(2a)連接，環(huán)形器的端口(2b)連接光纖光柵(3)傳感器，環(huán)形器(2)的端口(2c)與光電調制器(4)的一端連接，光電調制器(4)的另一端經過光纖環(huán)路控制器(5)與數(shù)字光接收機(6)連接，數(shù)字光接收機(6)進行波長識別。本發(fā)明具有結構簡單、輸出穩(wěn)定、沒有使用任何機械調節(jié)的部件等優(yōu)點，所以成本低、測量速度快，能適應各種工程環(huán)境?？朔四壳肮饫w光柵傳感信號的波長解調裝置依賴進口而且價格昂貴的問題，在光纖光柵傳感方面具有廣泛的應用前景。
文檔編號G02B6/02GK101364025SQ20081022275
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權日2008年9月24日
發(fā)明者任文華, 寧提綱, 王燕花, 簡水生, 麗 裴, 譚中偉, 陶配琳 申請人:北京交通大學