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光纤延迟线应用研究动态
发布时间:2013-03-29   点击次数:2877次

北京锦坤科技有限公司www.jonkon.com.cn

摘要对目前lF成为研究热点的光纤延迟线(FDL)进行了原理和结构特点的分析,总结了光纤延迟线的分类.对光纤延迟线的3个重要应用领域作了详细的跟踪研究。在光纤传感与光学测量领域。分析了激光器线宽测试系统、晶体双折射参数测量系统、光相干层析成像(()CT)测镀系统及光相关光谱术(()cs)测量系统。指出了光纤延迟线在这蝗系统中的乇要作用及参数设置;在光纤通信领域。从原理和系统结构上重点分析了高速脉冲串发生器、光缓存器及光编/解码器。指出了目前存在的问题;在微波光子学领域,详细分析了多频光振荡器、微波光纤延迟线、光A/D转换器及光信号相关处理器。指出r关于光纤延迟线技术的研究方向主要是提高延时精度、实现连续町调、减小插入损耗和提高一L程可靠性。解决这峰问题是光纤延迟线实用化的关键所在。
关键词光纤器件;光纤延迟线;光纤传感器;光缓存器;微波信号光处理
中图分类号TN253 文献标识码A doi:10.3788/CJL20093609.2234

Development of Application Research on Fiber Delay Lines
Abstract The principle and configuration characteristics of fiber delay lines(FDL)are analyzed。which are becoming research hotspots.Categories of fiber delay lines are concluded and three important application fields of fiber delay lines are tailed after particularly.At first·in fiber sensing and optical measurement field,the paper analyzes laser line—width measurement system,crystalloid birefringence measurement system,optical coherence tomography(OCT)measurement system and optical correlation spectroscopy(OCS)measurement system.The
primary function and parameter setting of fiber delay lines in these systems are pointed out.Secondly,it analyzes the principles and system configurations of high—speed pulse code generator。hybrid optical buffer and optical encoder/decoder in optical communication field.including some essential problems.Thirdly。in detail。it analyzes multi—tone photonic oscillator,microwave fiber delay line。optical A/D converter and optical signal correlation processor in microwave photonics field.At last the paper proposes that the research directions of fiber delay lines are improving delay time precision,realiziog delay time regulation continuously,reducing insert loss and improving engineering
reliability.Overcoming these problems is the key for wide application of fiber delay lines.
Key words optical fiber devices;fiber delay line)fiber sensor)optical buffer)optical processing of microwave signals

1 引言
自从光纤技术发明以来,各种光纤器件的研究和应用层出不穷。作为新型信号处理器件的光纤延迟线(FDL)已经从zui初简单的一段光纤,发展到现阶段具有多种复杂结构的独立器件,成为光信息处理技术中的关键器件之一,具有多种信号处理功能,如在光纤传感与光学测鼍系统中参与实现测量信号的采集与传输、在光纤通信系统中实现信号的编码与缓存、在光控相控阵天线系统中实现微波信号的相位分配与控制、雷达回波信号的相关除噪等。相比传统的延迟线(如电缆延迟线、石英延迟线等),光纤延迟线具有工作频率高、带宽大、损耗低、结构简单、易实现多位延迟、抗电磁干扰能力强、保密性好、重量轻及性价比高等特点,应用前景广阔。

2光纤延迟线的原理与结构特点
光纤延迟线的工作原理很简单:如果不考虑色散,当光脉冲信号在光纤中以群速度‰传播时,脉冲时间延迟的长短盘正比于光纤的长度L,即

△t=L/Ug =Lng/C                   (1)
式中ng为光纤的群折射率,c为光在真空中的传播速度。只要改变光纤的长度,就能实现不同的延迟
时间。光纤延迟线的精度主要由光纤切割精度来决定,其延时范围约在皮秒至毫秒量级。根据现有的工艺水平,光纤切割长度误差可以控制在0.8~1.0 mm,延时精度一般在1~10 ps之间。

由于光纤延迟线的重要作用,许多文献中都明确提出了“光纤延迟线”这样的器件名称,根据应用领域和应用系统的不同,它们具有多种不同的结构[1-3]如果从结构上对光纤延迟线进行分类,可概括为两大类:1)简单同定延时光纤延迟线,包括:单光纤型、环形耦合型、抽头型及光纤布拉格光栅(FBG)型等;2)复杂可编程延时光纤延迟线阵列,包括:前向型(又分为并联和串联两种形式)、反馈型及混合型。复杂可编程延时光纤延迟线阵列是建立在以简单固定延时光纤延迟线作为基本延时单元的基础上的。

光纤延迟线zui基本的应用是作为延时单元,根据不同应用系统的需求可在基本延时单元的基础上组成不同结构形式的光纤延迟线器件,从而实现多种不同的具体功能。这些应用主要有:传光型光纤传感器、光编/解码器、光缓存器、光相关器、光A/D转换器以及光滤波器等。从目前的研究热点来看,光纤延迟线zui活跃的应用研究主要集中在光纤传感与光学测量、光纤通信、微波光子学等领域。其中,在微波方面的应用于1976年由Kalman Wilner提出,在光纤通信方面的应用于1978年由Marom E提出,在线宽测量方面的延时外差法应用是在1980年由Okoshi .T提出。应用在光纤传感与光学测量领域的光纤延迟线主要作用是实现光程的匹配,构成传光型光纤传感器,如果采用控制的光纤延迟线阵列,则可以通过切换实现变量程测量。应用在光纤通信领域尤其是各种复用技术和光分组交换网中的光纤延迟线目前也是研究重点,例如用光纤延迟线组成光缓存器和光编/解码器等。光纤通信中光波往往是作为载波使用,因此在光信号传输之前需要将用户信息调制到光载波上。微波光子学是微波技术和光子技术相融合的一个崭新的研究领域,其主要研究内容包括:微波光纤传输链路、高速宽带光子器件、光致电信号合成与控制等。应用在微波光子学领域的光纤延迟线工作速率很高,一般在10 Gbit/s以上,对器件本身的稳定性和町靠性要求更高。微波光子学研究的深入将会极大地促进远程通信的发展。随着高速光电器件如高速外调制器、高速探测器和高速光开关等不断成熟,微波光纤延迟线也将很快进入实用阶段。

3光纤传感与光学测量领域
3.1激光器线宽测量
窄带单频(单纵模)激光光源在光通信、光纤传感、相干检测及光谱学等领域有着广泛的应用,测定线宽指标是非常重要的工作口]。作为测量线宽的主要方法之一,采用光纤延迟线的零拍测量法,其原理如图1所示。

 

 

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