專利名稱：多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置，屬于光通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光波的調(diào)制是通過(guò)改變它的某種特性，例如幅度、位相、頻率、偏振或傳播方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的，激光通信的難點(diǎn)在于調(diào)制技術(shù)，要點(diǎn)在要有足夠的調(diào)制帶寬。光調(diào)制可通過(guò)幾種技術(shù)實(shí)施，其中有干涉效應(yīng)，電光效應(yīng)，磁光效應(yīng)以及聲光效應(yīng)。大多數(shù)光調(diào)制與通過(guò)控制調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的折射率的變化有關(guān)。折射率變化可由下列效應(yīng)引起1)電光效應(yīng)；2)磁光效應(yīng)；3)聲光效應(yīng)；4)半導(dǎo)體載流子濃度變化或5)以上效應(yīng)的合成。
現(xiàn)有的用聲光效應(yīng)的聲光調(diào)制傳輸裝置的缺點(diǎn)是單路傳輸、且傳輸距離短、抗干擾性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種多用度、寬帶、噪音低、抗干擾性能強(qiáng)的多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置。
本專利中激光束的調(diào)制是基于聲光效應(yīng)中的Bragg衍射原理。眾所周知，在滿足某特定條件時(shí)，一束光通過(guò)一個(gè)超聲行波的透明介質(zhì)，有部份能量被與該超聲所引起的折射率指數(shù)變化產(chǎn)生衍射，這一類由超聲行波場(chǎng)產(chǎn)生的衍射效應(yīng)中用得最多的是Bragg衍射。圖1為入射光方向任意，ΔKm≠0，即動(dòng)量失配，圖2為入射光沿特定方向，ΔKm＝0，即動(dòng)量匹配，滿足Bragg衍射條件時(shí)，m＝±1。由圖1、2所示，通過(guò)分析聲平面波與光平面波的相互作用，由于相干效應(yīng)，僅當(dāng)兩束波滿足某個(gè)固定角度時(shí)衍射光最強(qiáng)。該衍射條件用兩束波的波矢關(guān)系表述為k→±1=k→0±K→---(1)]]>入射光的圓頻率和波矢量分別為ω0與k0，聲波的圓頻率和波矢量分別為Ω和k。波矢k0與K的模分別為k0＝2πn/λ0，K＝2π/∧＝2πf/vλ0是光波長(zhǎng)，n為介質(zhì)結(jié)入射光的折射率，∧和f分別是超聲的波長(zhǎng)和頻率，V是聲速。
由方程(1)Bragg、衍射定義為SinθB＝K/2k＝λ/2∧ (2)其中θB即為Bragg角(λ＝λ0/n為光波在介質(zhì)中的波長(zhǎng))。
入射光與衍射光之間的頻率關(guān)系可由參量互作用理論導(dǎo)出ω±1＝ω±Ω (3)其中ω+1＝ω+Ω與ω-1＝ω-Ω分別對(duì)應(yīng)于正1級(jí)負(fù)1級(jí)衍射光頻率。零級(jí)光的頻率與入射光的頻率相同，頻率變化與多普勒頻移相類同。當(dāng)入射光恰好滿足Bragg衍射的幾何條件時(shí)，在聲光調(diào)制器中產(chǎn)生了由聲波實(shí)現(xiàn)的光調(diào)制。聲波可對(duì)入射光作幅度調(diào)制和位相調(diào)制，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)、產(chǎn)生頻率偏移，這些特性被分別用于強(qiáng)度調(diào)制，光束偏轉(zhuǎn)，濾波器、光信號(hào)處理、聲光調(diào)頻器等等。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是基于上述原理實(shí)現(xiàn)的，其特點(diǎn)是它包括激光器、聲光調(diào)制器、聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源、調(diào)幅、調(diào)幅(AM/FM)信號(hào)源、光欄、聚光鏡、解調(diào)器和光信息處理部分，經(jīng)聲光調(diào)制器、光欄、聚光鏡的調(diào)制光通過(guò)光纖傳輸解調(diào)器；聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源是由至少1個(gè)由作為本振的晶體振蕩器、前置放大器、雙平衡混頻調(diào)制器組成的頻道輸入電路、由壓控振蕩器、前置放大器組成的調(diào)頻信號(hào)輸入電路和寬帶耦合功放電路相連接而組成。解調(diào)器和光信息處理部分由光探測(cè)檢波信號(hào)處理單元、前置放大器、功率放大器、顯示器、打印機(jī)及喇叭組成。
根據(jù)上述方案，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是寬帶、多路、低噪音、抗干擾性強(qiáng)，具有多種用途，多的信號(hào)通道，同時(shí)傳輸聲音、圖象、文字等信號(hào)。


圖1為入射光方向?yàn)槿我鈺r(shí)，Bragg衍射光波與聲波相互作用的波矢圖；圖2為入射光沿特定方向時(shí)，Bragg衍射光波與聲波相互作用的波矢圖；圖3為Bragg衍射下的零級(jí)光束和正1級(jí)光束及其頻率變化圖；圖4為Bragg衍射下的零級(jí)光束和負(fù)1級(jí)光束及其頻率變化圖；圖5為本實(shí)用新型的連接示意圖；圖6為聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源線路原理圖；圖7為光信號(hào)的探測(cè)原理圖；圖8為光纖光電接收放大電路圖；圖9為聲光調(diào)制器多頻多信號(hào)運(yùn)用示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖作一說(shuō)明。由圖5所示，多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置包括激光器1、聲光調(diào)制器2、聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源3、調(diào)幅、調(diào)幅(AM/FM)信號(hào)源4、光闌5、聚光鏡6、解調(diào)器和光信息處理部分，經(jīng)聲光調(diào)制器2、光闌5、聚光鏡6的調(diào)制光通過(guò)光纖7傳輸至解調(diào)器；聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源3是主要由至少1個(gè)由作為本振的晶體振蕩器12、前置放大器13、雙平衡混頻調(diào)制器15組成的多頻道輸入電路、主要由壓控振蕩器18、前置放大器19組成的調(diào)頻信號(hào)輸入電路和寬帶耦合功放電路21相連接而組成。解調(diào)器和光信息處理部分由光探測(cè)檢波信號(hào)處理單元8、前置放大器9、功率放大器10、顯示器、打印機(jī)及喇叭11組成。
由圖6所示，上述的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源3是由1個(gè)或多個(gè)由作為本振的晶體振蕩器、前置放大器、雙平衡混頻調(diào)制器組成的多頻道輸入電路組成，本振可采用f0-fn多種頻率的晶體振蕩器12，每一種頻率的晶體振蕩器12通過(guò)各自的前置放大器13、耦合變壓器14和各自的雙平衡混頻調(diào)制器15連接，雙平衡混頻調(diào)制器15輸出經(jīng)放大器16、耦合變壓器17與由壓控振蕩器18、前置放大器19、耦合變壓器20組成的調(diào)頻信號(hào)輸入電路同時(shí)和寬帶耦合功放電路21相連接，其輸出與聲光調(diào)制器2連接。
由圖6所示，當(dāng)調(diào)幅、調(diào)頻(AM/FM)信號(hào)源4輸出為一定幅度(在0～1V)之間的調(diào)幅信號(hào)時(shí)，由信號(hào)源4輸入到聲光調(diào)制驅(qū)動(dòng)源4中的雙平衡混頻器15時(shí)，產(chǎn)生了在載波亦即超聲波的頻率之上疊加的強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)，當(dāng)有用信號(hào)是用脈沖編碼時(shí)，強(qiáng)度調(diào)制的一種變化即為脈沖調(diào)制。經(jīng)過(guò)聲光調(diào)制驅(qū)動(dòng)源3的信號(hào)送到聲光調(diào)制器2的壓電換能器之上，產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)度隨信號(hào)源4的有用信號(hào)同步變化的超聲波，實(shí)時(shí)的傳送到聲光調(diào)制器的聲光相互作用介質(zhì)中，產(chǎn)生了一個(gè)行進(jìn)中的超聲光柵場(chǎng)。由圖3、圖4所示，當(dāng)一束激光以滿足Bragg衍射的入射條件進(jìn)入聲光調(diào)制器的通光口徑后，在聲光互作區(qū)被超聲光柵衍射，出射的光束被分成了幾束，其中沿原光路不改變方向的是零級(jí)光，另外一束最強(qiáng)的衍射光是正1級(jí)或負(fù)1級(jí)，視激光相對(duì)聲波行進(jìn)方向的入射角度而定，其強(qiáng)度可以調(diào)整到大小相等，只要同樣是調(diào)至以Bragg角入射即可。由圖3、圖4所示，在出射端正負(fù)1級(jí)光強(qiáng)I+1或I-1和零級(jí)光光強(qiáng)I00的總合基本上等同于激光的入射光強(qiáng)度I0，即I0≌I+1+I00或I0＝I-1+I00。調(diào)整光闌5的位置，在零級(jí)光和正負(fù)1級(jí)光之中任選其一作為有用信號(hào)的載體。為獲取最大的可利用的光信號(hào)，光纖7入端放置了一聚焦鏡6采集經(jīng)調(diào)制器衍射出來(lái)的激光，石英光纖7的主要技術(shù)指標(biāo)之一是數(shù)值孔徑，表征光纖與光源、探測(cè)器和其它光學(xué)元器件耦合的特性，定義為NA＝Sinθmax，光纖的數(shù)值孔徑一般在0.1～0.6之間，對(duì)應(yīng)的θmax在9°～33°，多模光纖數(shù)值孔徑較大。
為能將激光衍射光束盡可能多的耦合到光纖里去，裝置配置一個(gè)五維調(diào)節(jié)架，具有(1)橫向水平位移Y，(2)垂直高度升降Z，(3)安裝平臺(tái)沿中心軸在X-Y平面作旋轉(zhuǎn)θ，其X方向?yàn)楣饩€行進(jìn)方向(4)光纖透鏡安裝夾在垂直的YZ平面的二維精細(xì)微調(diào)機(jī)構(gòu)。在本裝置中激光器用的是He-Ne激光，激光管安裝在能調(diào)整高低，光束出射方向的支架上。聲光調(diào)制器安裝平臺(tái)具有調(diào)高度和安裝平面沿中心軸在X-Y平面作角度旋轉(zhuǎn)，光闌具有在垂直平面Y-Z中升降和橫向移動(dòng)的功能。而光纖的出射端靠一專用夾具緊固并對(duì)光電探測(cè)器的光敏窗口作正入射，保證了光能的充分利用。
由圖7所示，是光信號(hào)的探測(cè)與解調(diào)。由圖8所示，光纖光電接收放大電路由光電二極管D5、電阻R19、R20及可變電阻R21組成的輸入回路經(jīng)前置放大器22、功率放大器23連接而成。當(dāng)被超聲衍射調(diào)制的激光經(jīng)光纖傳輸?shù)浇邮斩耍肞in光電二極管D5響應(yīng)快，光譜范圍大，噪聲小等優(yōu)點(diǎn)制作了一個(gè)光電接收解調(diào)器，通過(guò)改變光二極管的負(fù)載電阻R21改變前置放大器22的頻率補(bǔ)償，獲得了低噪音高保真的有用信號(hào)。當(dāng)調(diào)幅、調(diào)頻(AM/FM)信號(hào)源4輸出為一音頻信號(hào)時(shí)，在功率放大器23輸出端經(jīng)喇叭輸出和示波器觀察，信號(hào)的還原性保真度均很好，且由于聲光調(diào)制器本身所具備的寬帶特性(幾MHZ-幾十MHZ)和大線性動(dòng)態(tài)范圍，充分保證了調(diào)幅波(AM)的線性和帶寬。用作高保真的HIFi音響(光纖)傳輸系統(tǒng)在抗干擾低噪音大帶寬諸多方面有很大的優(yōu)越性。
利用聲光調(diào)制器的寬帶特性，在一個(gè)器件上可實(shí)現(xiàn)多個(gè)信道的傳輸，方法是在該聲光調(diào)制器的有效帶寬范圍內(nèi)多頻運(yùn)行，如圖9所示，原則上可實(shí)現(xiàn)N＝ΔFM/ΔFS個(gè)信道的光纖傳輸，ΔFM為聲光調(diào)制器的有效帶寬，通常有幾十MHZ，而ΔFS為有用信號(hào)的帶寬，只要多頻激勵(lì)時(shí)，在適當(dāng)距離上各信道的1級(jí)衍射光點(diǎn)能用光闌分離出來(lái)，就能制作足夠多的信號(hào)通道，同時(shí)傳輸聲音、圖象、文字等信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置，其特征在于，它包括激光器(1)、聲光調(diào)制器(2)、聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源(3)、調(diào)幅、調(diào)頻(AM/FM)信號(hào)源(4)、光闌(5)、聚光鏡(6)、解調(diào)器和光信息處理部分；經(jīng)聲光調(diào)制器(2)、光闌(5)、聚光鏡(6)的調(diào)制光是經(jīng)由光纖(7)連接傳輸至解調(diào)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置，其特征在于，所述的聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源(3)是主由至少為1個(gè)由作為本振的晶體振蕩器(12)、前置放大器(13)、雙平衡混頻調(diào)制器(15)組成的頻道輸入電路、主要由壓控振蕩器(18)、前置放大器(19)組成的調(diào)頻信號(hào)輸入電路和寬帶耦合功放電路(21)相連接而組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置，其特征在于，所述的解調(diào)器和光信息處理部分由光探測(cè)檢波電信號(hào)處理單元(8)、前置放大器(9)、功率放大器(10)、顯示器、打印機(jī)及喇叭(11)組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多路調(diào)幅、調(diào)頻聲光調(diào)制光纖傳輸裝置，屬于光通信領(lǐng)域。其特點(diǎn)是它包括激光器、聲光調(diào)制器、聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源、調(diào)幅、調(diào)頻(AM/FM)信號(hào)源、光欄、聚光鏡、解調(diào)器和光信息處理部分，經(jīng)聲光調(diào)制器、光欄、聚光鏡的調(diào)制光通過(guò)光纖傳輸解調(diào)器；聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源是由至少1個(gè)由作為本振的晶體振蕩器、雙平衡混頻調(diào)制器、前置放大器組成的頻道輸入電路、由壓控振蕩器、前置放大器組成的調(diào)頻信號(hào)輸入電路和寬帶耦合功放電路相連接而組成。根據(jù)上述方案，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是寬帶、多路、低噪音、抗干擾性強(qiáng)，具有多種用途，多的信號(hào)通道，同時(shí)傳輸聲音、圖象、文字等信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK2652047SQ0325602
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者朱三又 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所