專利名稱：一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳感解調(diào)和微波光子學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種基于微波功率檢測的傳感
波長解調(diào)方案。 基于光波長的傳感技術(shù)因其波長編碼的優(yōu)勢而逐漸成為工程應(yīng)用的熱點(diǎn)，其中關(guān) 鍵環(huán)節(jié)之一的是波長解調(diào)方案，諸如報(bào)道的濾波解調(diào)、干涉解調(diào)、可調(diào)諧掃描光源解調(diào)等 典型方法。利用微波信號(hào)檢測的波長解調(diào)方法已初有報(bào)道(Xinyong Dong， Liyang Shao，
H. Y. Fu， H. Y. Tam， and C丄u， Intensity—modulated fiber Bragg grating sensorsystem based on radio—frequency signal measurement,Optics Letters, vol. 33，pp. 482—484，
2008)，并顯示出了高速解調(diào)、靈敏度可調(diào)的優(yōu)勢，但其解調(diào)結(jié)果易受外界輸入光功率變化 目前，色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)在微波光子學(xué)和通信領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注， 即光纖鏈路或其它元件的色散將導(dǎo)致微波功率按一定的規(guī)律進(jìn)行衰減。這一效應(yīng)既有不 利的一面，需要對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)償以消除功率衰減對(duì)系統(tǒng)或器件性能的影響(Jianping Yao，
Microwav印hotonics， IEEE/0SA Journal of Lightwave Technology, vol. 27， pp. 314—335，
2009);同時(shí)這一效應(yīng)也有可以利用的一面，利用這一衰減效應(yīng)可以實(shí)施實(shí)時(shí)微波頻率測量 和色散量監(jiān)控，并取得了較好的效果。至今，利用色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)實(shí)現(xiàn)傳感波 長解調(diào)尚未見報(bào)道，為此我們提出應(yīng)用色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)開發(fā)新型傳感波長解 鑒于以上陳述的已有方案的不足和擬采用技術(shù)方案的新穎性，本發(fā)明的目的是提 供一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，使之充分發(fā)揮色散導(dǎo)致的微波功率衰減效 應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，從而使得傳感波長的解調(diào)變得簡便和靈活。
本發(fā)明的目的是通過如下手段來實(shí)現(xiàn)的。 —種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，包含如下的處理步驟波長待測的 光信號(hào)輸入到強(qiáng)度調(diào)制器中，由微波信號(hào)源產(chǎn)生一正弦微波信號(hào)對(duì)輸入光信號(hào)進(jìn)行小信號(hào) 調(diào)制，生成一個(gè)光載波和兩個(gè)邊帶；所述的已調(diào)制的光信號(hào)注入到耦合器中被均分為兩支 路進(jìn)行傳輸；第一支路中光信號(hào)經(jīng)過色散元件、第一光電探測器、第一微波功率計(jì)，其中色 散元件引入色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)，使檢測的微波功率隨待測波長的改變而變化； 第二支路中光信號(hào)經(jīng)過調(diào)諧光衰減器、第二光電探測器、第二微波功率計(jì)，其中調(diào)諧光衰減 器對(duì)兩支路上的光功率衰減進(jìn)行平衡；將所述的兩支路上檢測的微波功率同時(shí)輸入到功率 比較模塊中解調(diào)出待測波長。 經(jīng)過如上的設(shè)計(jì)后，利用色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)，通過檢測和對(duì)比某一微 波頻率處的微波功率就可以直接解調(diào)出傳感波長，原理簡單，無需復(fù)雜運(yùn)算，既可以實(shí)現(xiàn)瞬
背景技術(shù)：
的影響。
調(diào)方案。

發(fā)明內(nèi)容
3時(shí)高速解調(diào)，在實(shí)際使用上本發(fā)明又具有如下優(yōu)點(diǎn)直接對(duì)比給定微波頻率處的微波功率
來解調(diào)波長，同時(shí)消除了因光源和傳感環(huán)境引起的輸入光功率的起伏帶來的影響，便于工
程實(shí)用化；改變微波信號(hào)的頻率值，可以方便地調(diào)諧解調(diào)范圍和解調(diào)精度，且在調(diào)諧過程中
無需精確控制施加在強(qiáng)度調(diào)制器上的微波功率，提高了波長解調(diào)的靈活性。


如下 圖1本發(fā)明方案的系統(tǒng)框圖。
圖2本發(fā)明方案兩支路上微波功率檢測值隨波長變化趨勢的示意圖 圖3本發(fā)明方案的微波功率比值與解調(diào)波長對(duì)應(yīng)關(guān)系的示意圖(a)由解調(diào)波長
對(duì)應(yīng)到微波功率比值；(b)由微波功率比值反解出解調(diào)波長。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。 如圖1所示，本發(fā)明方案由強(qiáng)度調(diào)制器10、微波源11、耦合器12、色散元件13、調(diào) 諧光衰減器14、第一光電探測器15、第二光電探測器16、第一微波功率計(jì)17、第二微波功率 計(jì)18、功率比較模塊19構(gòu)成。 在圖1中，待測波長為A的光信號(hào)輸入強(qiáng)度調(diào)制器10中。微波源11生成一頻率 為fm的正弦微波信號(hào)施加到強(qiáng)度調(diào)制器10上，對(duì)輸入光信號(hào)進(jìn)行小信號(hào)調(diào)制，得到兩個(gè)光 邊帶和一個(gè)光載波。被調(diào)制的光信號(hào)輸入到耦合器12中均分成兩份，分別輸入到由色散元 件13、第一光電探測器15、第一微波功率計(jì)17組成的第一支路和由調(diào)諧光衰減器14、第二 光電探測器16、第二微波功率計(jì)18組成的第二支路中。第一支路中，色散元件13在已調(diào)制 的光信號(hào)的兩個(gè)光邊帶之間引入相位差，從而經(jīng)由第一光電探測器15和第一微波功率計(jì) 17在頻率fm處檢測到的微波功率表示為(1)式，其中包含色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)。
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其中，識(shí)為兩個(gè)光電探測器的響應(yīng)系數(shù)，I為輸入光信號(hào)的功率，J。( )和 ) 為O階和l階第一類Bessel函數(shù)，P為調(diào)制深度，D為色散元件的色散值(單位為ps/nm)， 入為待測波長，fm為微波信號(hào)的頻率，c為真空中的光速。第二支路中沒有色散元件，不存 在色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)；考慮到插入一個(gè)調(diào)諧光衰減器14平衡了兩支路的光功 率衰減量，因而在第二微波功率計(jì)18中檢測的微波功率值為
<formula>formula see original document page 4</formula> 將所述的兩微波功率檢測值輸入到功率比較模塊中，得到微波功率比值與解調(diào)波 長的關(guān)系<formula>formula see original document page 4</formula> 這里色散值D和微波頻率fm為已知量，由表達(dá)式(3)建立起了微波功率比值Y與
待測波長A的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而獲得微波功率比值就可以解調(diào)出待測波長。 下面以D = 2000ps/nm和fm = 5. 58GHz為參量，舉例分析色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)、微波功率比值與待測波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖2所示，第一支路的微波功率隨待測波 長的變化而呈現(xiàn)類似余弦函數(shù)平方關(guān)系的衰減趨勢，而第二支路的微波功率保持為定值。 將兩微波功率進(jìn)行對(duì)比，得到微波功率比值與待測波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖3所示。在圖3(a) 中，隨著波長的變化，微波功率比值相應(yīng)地改變；在圖3(b)中以波長反解的形式給出了兩 者的關(guān)系，即通過已知的微波功率比值就可以推算出待測波長。值得注意的是在不同的波 長區(qū)域，微波功率比值相對(duì)于待測波長的變化趨勢的快慢不一樣，如圖3(a)中1551. 5nm處 的變化趨勢比1550. 5nm處的變化趨勢快；微波功率比值相對(duì)于待測波長的變化趨勢越快 ( 一階導(dǎo)數(shù)越大)意味著波長解調(diào)精度越高，而為避免波長解調(diào)中出現(xiàn)雙值問題，解調(diào)范圍 相對(duì)減小，如圖3(a)中1551.5nm處的解調(diào)范圍過大就會(huì)得到兩個(gè)解調(diào)波長值。因而可以
根據(jù)實(shí)際需要，通過改變微波頻率fm的大小，即可改變待測波長區(qū)域的微波功率比值相對(duì) 于波長的一階導(dǎo)數(shù)，從而靈活地調(diào)諧解調(diào)精度和解調(diào)范圍。 綜合以上陳述，本發(fā)明具有如下特征1).在色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)下，通
過檢測和對(duì)比微波功率解調(diào)出傳感波長，具備原理簡單、無需復(fù)雜解調(diào)計(jì)算等特點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)
了瞬時(shí)高速解調(diào)，又消除了輸入光信號(hào)功率的起伏對(duì)解調(diào)波長的影響，便于工程化實(shí)踐應(yīng)
用；2).改變微波信號(hào)的頻率，可以方便地調(diào)諧解調(diào)精度和解調(diào)范圍，且在調(diào)諧過程中無需
精確控制施加在強(qiáng)度調(diào)制器上的微波功率值，提高了波長解調(diào)的靈活性。 以上所陳述的僅僅是本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本發(fā)明方
法實(shí)質(zhì)的前提下，在實(shí)際實(shí)施中可以做出若干更改和潤色(比如采用其他相位調(diào)制器、偏
振調(diào)制器)也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，包含如下的處理步驟波長待測的光信號(hào)輸入到強(qiáng)度調(diào)制器中，由微波信號(hào)源產(chǎn)生一正弦微波信號(hào)對(duì)輸入光信號(hào)進(jìn)行小信號(hào)調(diào)制，生成一個(gè)光載波和兩個(gè)邊帶；所述的已調(diào)制的光信號(hào)注入到耦合器中被均分為兩支路進(jìn)行傳輸；第一支路中光信號(hào)經(jīng)過色散元件、第一光電探測器、第一微波功率計(jì)，其中色散元件引入色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)，使檢測的微波功率隨待測波長的改變而變化；第二支路中光信號(hào)經(jīng)過調(diào)諧光衰減器、第二光電探測器、第二微波功率計(jì)，其中調(diào)諧光衰減器對(duì)兩支路上的光功率衰減進(jìn)行平衡；將所述的兩支路上檢測的微波功率同時(shí)輸入到功率比較模塊中解調(diào)出待測波長。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，其特征在于， 改變正弦微波信號(hào)的頻率，以調(diào)整微波功率比值相對(duì)于待測波長的變化趨勢的快慢程度， 靈活地實(shí)現(xiàn)對(duì)解調(diào)精度和解調(diào)范圍進(jìn)行調(diào)諧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案。波長待測的光信號(hào)注入到強(qiáng)度調(diào)制器中，在小信號(hào)調(diào)制條件下被一正弦微波信號(hào)調(diào)制；所述的已調(diào)制光信號(hào)均分成兩支路傳輸；第一支路光信號(hào)通過一個(gè)色散元件，引入色散導(dǎo)致的微波功率衰減效應(yīng)；第二支路不引入色散，光信號(hào)經(jīng)過一個(gè)調(diào)諧光衰減器以平衡兩支路的光功率損耗；然后經(jīng)由光電探測器和微波功率計(jì)將所述的兩支路的兩個(gè)微波功率檢測出來，并同時(shí)輸入到功率比較模塊中，得到微波功率比值與待測波長的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而解調(diào)出待測波長。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)波長解調(diào)，不受輸入光信號(hào)功率起伏的影響，且解調(diào)精度和解調(diào)范圍可靈活調(diào)整。
文檔編號(hào)G01J9/00GK101694405SQ200910167959
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 閆連山 申請人:西南交通大學(xué);