本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

雷達作為軍事武器系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的探測和跟蹤目標(biāo)，不僅要求分辨率高、反應(yīng)速度快，而且要做到抗干擾、同時監(jiān)測多個目標(biāo)。相控陣天線可以實現(xiàn)無物理運動轉(zhuǎn)向的信號波束控制，有效的提高了波束掃描的自適應(yīng)性，在雷達研究中脫穎而出。

光纖材料延遲技術(shù)和相控陣技術(shù)的結(jié)合，就是光控相控陣技術(shù)。光纖材料本身體積小、重量輕、帶寬大、損耗低和抗電磁干擾能力強，成為光控相控陣雷達研究的主要推動因素。同時，光控相控陣技術(shù)解決了傳統(tǒng)相控陣的波束偏斜和帶寬受限的問題，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有的光纖延遲線系統(tǒng)主要包括基于波長不變，路徑變化的光纖型延遲線和基于路徑基本不變，波長變化的色散型延遲線。建立和完善以光纖材料為核心的光纖延遲線系統(tǒng)，成為推動光控相控陣技術(shù)發(fā)展的熱門話題。

南洋理工大學(xué)Pham Q. Thai等人在《Simplified Optical Dual Beamformer Employing Multichannel Chirped Fiber Grating and Tunable Optical Delay Lines》中提出一種基于線性啁啾光纖光柵的可調(diào)諧延時系統(tǒng)。通過調(diào)諧激光器輸出波長和可調(diào)諧延遲器件，實現(xiàn)兩級延時，最終輸出兩組四路等延時差的信號。該系統(tǒng)過度依賴于可調(diào)激光器的波長輸出，不能對某一路或者某幾路信號進行單獨的時延調(diào)諧。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于離散LCFBG（線性啁啾光纖光柵）和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置及方法，通過對可調(diào)諧激光器、可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵和PZT的同步調(diào)諧，實現(xiàn)四路等延時差信號的輸出，并在此基礎(chǔ)上進行實時微調(diào)諧，精度高，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，可封裝性好。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置，其特征在于：包括可調(diào)諧激光器、固定波長激光器、第一波分復(fù)用器、第二波分復(fù)用器、第三波分復(fù)用器、第四波分復(fù)用器、第五波分復(fù)用器、信號發(fā)生器、電光調(diào)制器、第一光環(huán)行器、第二光環(huán)行器、第三光環(huán)行器、第四光環(huán)形器、四個光纖反射鏡、兩個壓電陶瓷（PZT）、分光器、第一線性啁啾光纖光柵、第二線性啁啾光纖光柵、第三線性啁啾光纖光柵、四個光電探測器；

可調(diào)諧激光器和固定波長激光器接第一波分復(fù)用器的波分端口，第一波分復(fù)用器的復(fù)用端口和信號發(fā)生器分別接入電光調(diào)制器的兩個輸入端，電光調(diào)制器的輸出端接第一光環(huán)形器的1端口，第一光環(huán)形器的2端口接第二波分復(fù)用器的復(fù)用端口，第二波分復(fù)用器的兩個波分端口分別接兩個光纖反射鏡，其中一個光纖反射鏡的部分尾纖繞于PZT上，第一光環(huán)形器的3端口接分光器的輸入端，分光器的兩個輸出端分別接第二光環(huán)形器、第三光環(huán)形器的1端口；第二光環(huán)形器的2端口接第三波分復(fù)用器的復(fù)用端口，第三波分復(fù)用器的兩個波分端口分別接剩余兩個光纖反射鏡，其中一個光纖反射鏡的部分尾纖繞于PZT上，第二光環(huán)形器的3端口接第四波分復(fù)用器的復(fù)用端口，第四波分復(fù)用器的兩波分端口分別接兩個光電探測器；另一方面，第三光環(huán)形器的2端口接由第一線性啁啾光纖光柵和第二線性啁啾光纖光柵依次串聯(lián)而成的離散啁啾光纖光柵單元，第三光環(huán)形器的3端口接第五波分復(fù)用器的復(fù)用端口，第五波分復(fù)用器的一波分端口直接接光電探測器，另一波分端口接第四光環(huán)行器的1端口，第四光環(huán)行器的2端口接由第三線性啁啾光纖光柵，第四光環(huán)行器的3端口光電探測器。

一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的方法，方法步驟如下：

步驟1、將上述基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器并聯(lián)接入示波器，轉(zhuǎn)入步驟2；

步驟2、打開可調(diào)諧激光器和固定波長激光器，可調(diào)諧激光器輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器，與來自信號發(fā)生器輸入的微波信號發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器后進入第二波分復(fù)用器的一個波分通道，在PZT所在的光纖反射鏡端面發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器后被分為兩路信號，一路經(jīng)第二光環(huán)形器，進入第三波分復(fù)用器的一個波分通道，在這個通道連接的PZT所在的光纖反射鏡端面發(fā)生反射，二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后進入光電探測器，最后顯示在示波器上；另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器后在第一線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，二次反射后的光信號經(jīng)第五波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后在第三線性啁啾光纖光柵處發(fā)生第三次反射，后依次進入光電探測器、示波器；

固定波長激光器輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器，與來自信號發(fā)生器輸入的微波信號發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器后進入第二波分復(fù)用器的另一個波分通道，直接經(jīng)過光纖反射鏡發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器后被分為兩路信號，一路經(jīng)第二光環(huán)形器，進入第三波分復(fù)用器的另一個波分通道，直接經(jīng)過光纖反射鏡發(fā)生二次反射，二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器與之匹配的波分通道后進入光電探測器，最后顯示在示波器上；另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器后在第二線性啁啾光纖光柵處發(fā)生反射，二次反射后的光信號進入第五波分復(fù)用器與之匹配的波分通道，后依次進入光電探測器、示波器；

觀察并記錄此時四路信號在示波器上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟3；

步驟3、向長波或短波方向同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器的波長、通過PZT調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵，記錄此時四路信號在示波器上顯示的延時差，轉(zhuǎn)步驟5；

步驟5、重復(fù)步驟4，直至超出可調(diào)諧激光器的調(diào)諧范圍，轉(zhuǎn)入步驟6；

步驟6、繪制四路輸出信號的延時差隨可調(diào)諧激光器輸出波長的變化圖，分析該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：

（1）實現(xiàn)延遲系統(tǒng)的等延時差輸出與微調(diào)諧，靈活性高。

（2）抗干擾，不受空間尺寸限制。

（3）結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，可封裝性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置測試結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明未調(diào)諧可調(diào)諧激光器的輸出波長時的真延時示意圖。

圖4為本發(fā)明同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器的輸出波長、PZT和可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵時的真延時示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1，一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置，包括可調(diào)諧激光器1、固定波長激光器2、第一波分復(fù)用器3-1、第二波分復(fù)用器3-2、第三波分復(fù)用器3-3、第四波分復(fù)用器3-4、第五波分復(fù)用器3-5、信號發(fā)生器4、電光調(diào)制器5、第一光環(huán)行器6-1、第二光環(huán)行器6-2、第三光環(huán)行器6-3、第四光環(huán)形器6-4、四個光纖反射鏡7、兩個壓電陶瓷PZT8、分光器9、第一線性啁啾光纖光柵10-1、第二線性啁啾光纖光柵10-2、第三線性啁啾光纖光柵10-3、四個光電探測器11；

可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2接第一波分復(fù)用器3-1的波分端口，第一波分復(fù)用器3-1的復(fù)用端口和信號發(fā)生器4分別接入電光調(diào)制器5的兩個輸入端，電光調(diào)制器5的輸出端接第一光環(huán)形器6-1的1端口，第一光環(huán)形器6-1的2端口接第二波分復(fù)用器3-2的復(fù)用端口，第二波分復(fù)用器3-2的兩個波分端口分別接兩個光纖反射鏡7，其中一個光纖反射鏡7的部分尾纖繞于PZT8上，第一光環(huán)形器6-1的3端口接分光器9的輸入端，分光器9的兩個輸出端分別接第二光環(huán)形器6-2、第三光環(huán)形器6-3的1端口；第二光環(huán)形器6-2的2端口接第三波分復(fù)用器3-3的復(fù)用端口，第三波分復(fù)用器3-3的兩個波分端口分別接剩余兩個光纖反射鏡7，其中一個光纖反射鏡7的部分尾纖繞于PZT8上，第二光環(huán)形器6-2的3端口接第四波分復(fù)用器3-4的復(fù)用端口，第四波分復(fù)用器3-4的兩波分端口分別接兩個光電探測器11；另一方面，第三光環(huán)形器6-3的2端口接由第一線性啁啾光纖光柵10-1和第二線性啁啾光纖光柵10-2依次串聯(lián)而成的離散啁啾光纖光柵單元，第三光環(huán)形器6-3的3端口接第五波分復(fù)用器3-5的復(fù)用端口，第五波分復(fù)用器3-5的一波分端口直接接光電探測器11，另一波分端口接第四光環(huán)行器6-4的1端口，第四光環(huán)行器6-4的2端口接由第三線性啁啾光纖光柵10-3，第三線性啁啾光纖光柵10-3及其尾纖構(gòu)成延遲線，第四光環(huán)行器6-4的3端口光電探測器11。

所述分光器（9）采用1×2 分光器。

結(jié)合圖2，一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的方法，方法步驟如下：

步驟1、將上述基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器11并聯(lián)接入示波器12，轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2、打開可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2，可調(diào)諧激光器1輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的一個波分通道，在PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后被分為兩路信號，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進入第三波分復(fù)用器3-3的一個波分通道，在這個通道連接的PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(fā)生反射，二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11，最后顯示在示波器12上；另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第一線性啁啾光纖光柵10-1處發(fā)生反射，二次反射后的光信號經(jīng)第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后在第三線性啁啾光纖光柵10-3處發(fā)生第三次反射，后依次進入光電探測器11、示波器12。

固定波長激光器2輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的另一個波分通道，直接經(jīng)過光纖反射鏡7發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后被分為兩路信號，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進入第三波分復(fù)用器3-3的另一個波分通道，直接經(jīng)過光纖反射鏡7發(fā)生二次反射，二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11，最后顯示在示波器12上；另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第二線性啁啾光纖光柵10-2處發(fā)生反射，二次反射后的光信號進入第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道，后依次進入光電探測器11、示波器12。

觀察并記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟3。

步驟3、向長波或短波方向同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長、通過PZT 8調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵10-2，記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差，轉(zhuǎn)步驟5。

步驟5、重復(fù)步驟4，直至超出可調(diào)諧激光器1的調(diào)諧范圍，轉(zhuǎn)入步驟6。

步驟6、繪制四路輸出信號的延時差隨可調(diào)諧激光器1輸出波長的變化圖，分析該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

所述分光器9采用1×2 分光器，兩輸出端等長。

所述固定波長激光器2的波長在波長可調(diào)諧激光器1的波長范圍外。

第一波分復(fù)用器3-1、第二波分復(fù)用器3-2、第三波分復(fù)用器3-3、第四波分復(fù)用器3-4和第五波分復(fù)用器3-5完全相同，每個波分復(fù)用器中兩個波分通道的波長范圍覆蓋各自激光器輸出的波長，并且波長范圍沒有交疊。

所述第二波分復(fù)用器3-2波分端中兩光纖反射鏡7的反射端面到各自端口的距離差為2L，其中PZT 8所在的通道較長；第三波分復(fù)用器3-3波分端中兩光纖反射鏡7的反射端面到各自端口的距離差為L，L的范圍為10~20mm，其中PZT 8所在的通道較長。

以第三線性啁啾光纖光柵10-3的中心波長反射位置為測量基準(zhǔn)，保證第四波分復(fù)用器3-4、第五波分復(fù)用器3-5的波分端口到四個光電探測器11的輸入端等光程。

所述信號發(fā)生器4的輸出頻率與電光調(diào)制器5的調(diào)制頻率、光電探測器11的探測頻率、示波器12的工作頻率匹配。

所述第一線性啁啾光纖光柵10-1、第三線性啁啾光纖光柵10-3的中心反射波長與可調(diào)諧激光器1的中心波長相同。

第二線性啁啾光纖光柵10-2的中心反射波長與固定波長激光器2的輸出波長相同。

第一線性啁啾光纖光柵10-1、第三線性啁啾光纖光柵10-3除啁啾系數(shù)相反以外，其他參數(shù)均相同。

四個光環(huán)形器完全相同；四個光纖反射鏡7完全相同；兩個PZT 8完全相同；四個光電探測器11完全相同。

所述第一線性啁啾光纖光柵10-1與第二線性啁啾光纖光柵10-2的中心波長反射位置距離為L，L的范圍為10~20mm，可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵10-2的位置偏后。

上述步驟三中，同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長、通過PZT 8調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵10-2，即保證該輸出波長下，四路信號等延時差輸出。

實施例1

實驗測試了一款固定波長激光器2，輸出波長為1542.9nm；一款波長可調(diào)諧激光器1，中心波長為1550.9nm，調(diào)諧范圍為；第一波分復(fù)用器3-1、第二波分復(fù)用器3-2、第三波分復(fù)用器3-3、第四波分復(fù)用器3-4和第五波分復(fù)用器3-5均相同，其兩波分通道的波長范圍分別為：、；第一線性啁啾光纖光柵10-1的中心反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為6nm/cm，光柵長度為6mm，第二線性啁啾光纖光柵10-2的中心反射波長為1542.9nm，啁啾系數(shù)為-6nm/cm，光柵長度為6mm，兩光柵首尾間距4mm；第三線性啁啾光纖光柵10-3的中心反射波長為1550.9nm，啁啾系數(shù)為-6nm/cm，光柵長度為6mm；第二波分復(fù)用器3-2波分端中兩光纖反射鏡7的反射端到各自端口的距離分別為200mm、220mm，其中PZT 8所在的通道較長；第三波分復(fù)用器3-3波分端中兩光纖反射鏡7的反射端到各自端口的距離分別為200mm、210mm，距離第二光環(huán)行器6-2的2端口分別為400mm、410mm其中PZT 8所在的通道較長；第一線性啁啾光纖光柵10-1的中心反射位置距離第三光環(huán)行器6-3的2端口為400mm；四個光電探測器11的內(nèi)部光纖長度均為40mm；其余部分有等長要求的，光程均為1000mm；信號發(fā)生器4的輸出頻率為3GHz，電光調(diào)制器5的工作頻率不大于12GHz，四個光電探測器11的探測頻率不大于12GHz，示波器12的工作頻率為0~4GHz；其測試裝置如圖2所示，一種基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的方法，其方法步驟為：

步驟1、將上述基于離散LCFBG和光纖反射鏡的可調(diào)諧真延時實驗裝置的四個光電探測器11并聯(lián)接入示波器12，轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2、打開可調(diào)諧激光器1和固定波長激光器2，可調(diào)諧激光器1輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的一個波分通道，在PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后被分為兩路信號，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進入第三波分復(fù)用器3-3的一個波分通道，在PZT 8所在的光纖反射鏡7端面發(fā)生反射，二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11，最后顯示在示波器12上；另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第一線性啁啾光纖光柵10-1處發(fā)生反射，二次反射后的光信號經(jīng)第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道后在第三線性啁啾光纖光柵10-3處發(fā)生第三次反射，后依次進入光電探測器11、示波器12。

固定波長激光器2輸出的光源經(jīng)第一波分復(fù)用器3-1與之匹配的波分通道后進入電光調(diào)制器5，與來自信號發(fā)生器4輸入的微波信號發(fā)生干涉，調(diào)制后的光信號經(jīng)第一光環(huán)形器6-1后進入第二波分復(fù)用器3-2的另一個波分通道，直接經(jīng)過光纖反射鏡7發(fā)生反射，被反射后的光信號經(jīng)分光器9后被分為兩路信號，一路經(jīng)第二光環(huán)形器6-2，進入第三波分復(fù)用器3-3的另一個波分通道，直接經(jīng)過光纖反射鏡7發(fā)生二次反射，二次反射后的光信號經(jīng)過第四波分復(fù)用器3-4與之匹配的波分通道后進入光電探測器11，最后顯示在示波器12上；另一路光信號經(jīng)第三光環(huán)形器6-3后在第二線性啁啾光纖光柵10-2處發(fā)生反射，二次反射后的光信號進入第五波分復(fù)用器3-5與之匹配的波分通道，后依次進入光電探測器11、示波器12。

觀察并記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差，轉(zhuǎn)入步驟3。

步驟3、向長波或短波方向同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器1的波長、通過PZT 8調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧第二線性啁啾光纖光柵10-2，記錄此時四路信號在示波器12上顯示的延時差，轉(zhuǎn)步驟5。

步驟5、重復(fù)步驟4，直至超出可調(diào)諧激光器1的調(diào)諧范圍，轉(zhuǎn)入步驟6。

步驟6、繪制四路輸出信號的延時差隨可調(diào)諧激光器1輸出波長的變化圖，分析該可調(diào)諧真延時系統(tǒng)的調(diào)諧精度和調(diào)諧范圍。

結(jié)合圖1~圖4，本實施案例在初始波長下，輸出延時差為100ps的四路信號；在此基礎(chǔ)上，同步調(diào)諧可調(diào)諧激光器的波長、通過PZT調(diào)諧各自纏繞的光纖、調(diào)諧可調(diào)諧線性啁啾光纖光柵，輸出信號的延時差發(fā)生相應(yīng)變化。本發(fā)明可以實現(xiàn)四路等延時差信號的輸出，并在此基礎(chǔ)上進行實時微調(diào)諧，精度高，不受空間限制，抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，可封裝性好。