自调节工作波长的光脉冲延时器的制作方法

本发明涉及光学器件的技术领域，具体说涉及一种自调节工作波长的光脉冲延时器。

背景技术：

在光传输、通信及传感系统中，为保证系统流畅、快速的传输数据(数据通常由光脉冲组合形成)，通常需要对系统中的一些数据进行延时或缓存，以防止不同信道之间产生数据传输竞争，从而造成系统通信阻塞甚至瘫痪。目前的光学系统对光脉冲实施延时，可采用数百米甚至数千米的光学波导，光脉冲在光学波导中传输所消耗的时间，就是光脉冲的延时，但由于光学波导过长，导致系统体积过大，也可采用新型的光脉冲延时器件，但这些器件通常结构复杂，且工作波长往往是固定的，特别是对不同波长光波的透射率不同，导致光脉冲产生较大的形变。

技术实现要素：

基于以上不足之处，本发明提供一种自调节工作波长的光脉冲延时器，克服了目前光脉冲延时器体积大、结构复杂、工作波长固定等问题，特别是克服了由于不同波长光波的透射率不同所导致的脉冲形变的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种自调节工作波长的光脉冲延时器，包括第一耦合器、第一光电探测器、第二耦合器、第一隔离器、第二光电探测器、泵浦光源、压电陶瓷片、增益环形波导、第三耦合器、第二隔离器和分析及控制系统，所述的第一耦合器的光输入端为本光脉冲延时器的光输入端，第一耦合器的第一光输出端连接第一光电探测器的光输入端，第一耦合器的第二光输出端连接第二耦合器的光输入端，第二耦合器的光输出端连接第一隔离器的光输出端，第一隔离器的光输入端连接第二光电探测器的光输入端，增益环形波导分别连接第二耦合器的第一光输入输出端和第二光输入输出端、第三耦合器的第一光输入输出端和第二光输入输出端，增益环形波导的一部分与压电陶瓷片固定连接，泵浦光源的光输出端连接第三耦合器的光输入端，第三耦合器的光输出端连接第二隔离器的光输出端，第二隔离器的光输入端为本光脉冲延时器的光输出端；第一光电探测器的电输出端连接分析及控制系统的第一电输入端，第二光电探测器的电输出端连接分析及控制系统的第二电输入端，分析及控制系统的第一电输出端连接泵浦光源的电输入端，分析及控制系统的第二电输出端连接压电陶瓷片的电输入端；

所述的第二耦合器、增益环形波导、第三耦合器构成环形谐振腔，环形谐振腔的谐振波长即为本光脉冲延时器的工作波长；当光脉冲信号在环形谐振腔中谐振时，环形谐振腔会使光脉冲信号产生延时，延时的大小由第二耦合器的耦合比与第三耦合器的耦合比决定；

所述的泵浦光源的输出光的波长、第一隔离器的工作波长、与第二隔离器的工作波长均相同，但不同于本光脉冲延时器的工作波长；

所述的泵浦光源输出泵浦光，通过改变泵浦光源的电输入端的电压，进而调节泵浦光源输出的泵浦光的功率，且泵浦光源输出的泵浦光能够泵浦增益环形波导；

所述的增益环形波导为本光脉冲延时器提供增益，即当波长为本光脉冲延时器工作波长的光通过被泵浦的增益环形波导时，获得增益；

通过改所述的变压电陶瓷片的电输入端的电压，能够调节压电陶瓷片的长度，进而调节增益环形波导的长度、以及环形谐振腔的腔长；

所述的第一隔离器和第二隔离器，只对波长与其工作波长相同的光具有单向导通效果，而对其它波长的光具有双向导通效果；所述的第一耦合器为1×2耦合器，其耦合比远大于1，且经第一耦合器进入第二耦合器的光强远大于经第一耦合器进入第一光电探测器的光强；所述的第二耦合器与第三耦合器，均为2×2耦合器；所述的第一光电探测器与第二光电探测器，二者的参数完全相同，且二者的工作波长均为本光脉冲延时器的工作波长；

输入本光脉冲延时器的光脉冲信号的中心波长，需同时远离第一隔离器的工作波长、以及第二隔离器的工作波长，使得第一隔离器、第二隔离器对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号不具有单向导通效果，并且具有双向导通效果；输入本光脉冲延时器的光脉冲信号，需包含一个触发光脉冲，触发光脉冲的脉宽且需大于分析及控制系统的响应时间，所述的触发光脉冲位于光脉冲信号的最前端；

输入本光脉冲延时器的光脉冲信号由第一耦合器的光输入端输入，经第一耦合器后分为两束，由于第一耦合器的耦合比远大于1，且经第一耦合器进入第二耦合器的光强远大于经第一耦合器进入第一光电探测器的光强，因此，光强较小的一束进入第一光电探测器，光强较大的另一束经第二耦合器进入环形谐振腔；由于第一隔离器对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号具有双向导通效果，因此，环形谐振腔中的光脉冲信号可由第二耦合器输出、并经第一隔离器进入第二光电探测器，同时，由于第二隔离器对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号具有双向导通效果，因此，环形谐振腔中的光脉冲信号也可由第三耦合器输出、并经第二隔离器而由本光脉冲延时器的光输出端输出；

所述的第一光电探测器将参考光信号的光强转化为参考电压信号，并将参考电压信号输入分析及控制系统，所述的分析及控制系统接收到参考电压信号后，产生三角波电压信号，并将所述的三角波电压信号加载到压电陶瓷片的电输入端，以连续改变压电陶瓷片的长度，进而连续改变增益环形波导的长度，并能够连续改变环形谐振腔的腔长，环形谐振腔的腔长的连续变化，使环形谐振腔的谐振波长连续变化；通过连续改变环形谐振腔的腔长，在第二耦合器的光输出端获得触发光脉冲经环形谐振腔的透射谱，将触发光脉冲经环形谐振腔而由第二耦合器输出的光信号作为透射光信号，透射光信号由第二耦合器输出进入第一隔离器，由于第一隔离器对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号具有双向导通效果，因此，透射光信号经第一隔离器进入第二光电探测器，第二光电探测器将透射光信号的光强转化为透射电压信号，并将透射电压信号输入分析及控制系统；

在分析及控制系统中，在同一时间轴对比三角波电压信号与透射电压信号，获得透射电压信号的最小电压值的时刻处所对应的三角波电压信号的电压值x，然后，分析及控制系统产生幅度为x的直流电压信号，将此直流电压信号作为谐振直流电压信号，并将谐振直流电压信号加载到压电陶瓷片的电输入端，以调节环形谐振腔的腔长，进而调节环形谐振腔的谐振波长即本光脉冲延时器的工作波长，使得输入本光脉冲延时器的光脉冲信号中触发光脉冲之后的光脉冲在环形谐振腔中谐振，进而产生延时；

同时，在分析及控制系统中，由透射电压信号的最小电压值获得触发光脉冲在环形谐振腔中的损耗，然后，分析及控制系统产生幅度为y的直流电压信号，将此直流电压信号作为泵浦直流电压信号，并将泵浦直流电压信号加载到泵浦光源的电输入端，以调节泵浦光源输出的泵浦光的功率，从而泵浦增益环形波导为输入本光脉冲延时器的光脉冲信号提供增益，并使得输入本光脉冲延时器的光脉冲信号中触发光脉冲之后的光脉冲，在环形谐振腔中的增益等于在环形谐振腔中的损耗。

本发明还具有如下技术特征：

1、所述的分析及控制系统包括采样电路、对比电路、第一输出电路和第二输出电路；采样电路的第一电输入端为分析及控制系统的第一电输入端，采样电路的第二电输入端为分析及控制系统的第二电输入端，第一输出电路的电输出端为分析及控制系统的第一电输出端，第二输出电路的电输出端为分析及控制系统的第二电输出端；第一光电探测器的电输出端连接采样电路的第一电输入端，第二光电探测器的电输出端连接采样电路的第二电输入端，采样电路的第一电输出端连接对比电路的第一电输入端，采样电路的第二电输出端连接对比电路的第二电输入端，对比电路的第一电输出端连接第一输出电路的电输入端，第一输出电路的电输出端连接泵浦光源的电输入端，同时，对比电路的第二电输出端连接第二输出电路的电输入端，第二输出电路的电输出端连接对比电路的第三电输入端、以及压电陶瓷片的电输入端；所述的第一输出电路的电输出端输出电压信号，加载到泵浦光源的电输入端，以调节泵浦光源输出的泵浦光的功率；所述的第二输出电路的电输出端输出电压信号，加载到压电陶瓷片的电输入端，以调节压电陶瓷片的长度，进而调节增益环形波导的长度、以及环形谐振腔的腔长。

2、所述的泵浦光源输出的泵浦光，经第三耦合器进入环形谐振腔，环形谐振腔中的泵浦光可经第二耦合器进入第一隔离器，由于泵浦光源的输出光的波长与第一隔离器的工作波长相同，且第一隔离器对波长与其工作波长相同的光具有单向导通效果，泵浦光无法通过第一隔离器，同时，环形谐振腔中的泵浦光经第三耦合器进入第二隔离器，由于泵浦光源的输出光的波长与第二隔离器的工作波长相同，且第二隔离器对波长与其工作波长相同的光具有单向导通效果，泵浦光无法通过第二隔离器而由本光脉冲延时器的光输出端输出。

3、所述的触发光脉冲用于调节本光脉冲延时器的工作波长、及泵浦光源输出的泵浦光的功率。

本发明的有益效果及优点：本发明体积小、结构简单，可自主调节工作波长，对输入的光脉冲信号中的不同波长成分的透射率均相同，消除了由于光脉冲信号中的不同波长成分透射率不同所导致的脉冲形变。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图，

图2为分析及控制系统的电路结构示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步的说明：

实施例1

如图1-2所示，一种自调节工作波长的光脉冲延时器，包括第一耦合器1、第一光电探测器2、第二耦合器3、第一隔离器4、第二光电探测器5、泵浦光源6、压电陶瓷片7、增益环形波导8、第三耦合器9、第二隔离器10和分析及控制系统11；

第一耦合器1的光输入端为本光脉冲延时器的光输入端，第一耦合器1的第一光输出端连接第一光电探测器2的光输入端，第一耦合器1的第二光输出端连接第二耦合器3的光输入端，第二耦合器3的光输出端连接第一隔离器4的光输出端，第一隔离器4的光输入端连接第二光电探测器5的光输入端，增益环形波导8连接第二耦合器3的第一光输入输出端和第二光输入输出端、第三耦合器9的第一光输入输出端和第二光输入输出端，增益环形波导8的一部分固定在压电陶瓷片7上，泵浦光源6的光输出端连接第三耦合器9的光输入端，第三耦合器9的光输出端连接第二隔离器10的光输出端，第二隔离器10的光输入端为本光脉冲延时器的光输出端；第一光电探测器2的电输出端连接分析及控制系统11的第一电输入端，第二光电探测器5的电输出端连接分析及控制系统11的第二电输入端，分析及控制系统11的第一电输出端连接泵浦光源6的电输入端，分析及控制系统11的第二电输出端连接压电陶瓷片7的电输入端；

所述的第二耦合器3、增益环形波导8、第三耦合器9构成环形谐振腔，环形谐振腔的谐振波长即为本光脉冲延时器的工作波长；

所述的泵浦光源6的输出光的波长、第一隔离器4的工作波长、与第二隔离器10的工作波长均相同，但均不同于本光脉冲延时器的工作波长；

所述的泵浦光源6输出泵浦光，通过改变泵浦光源6的电输入端的电压，可调节泵浦光源6输出的泵浦光的功率，且泵浦光源6输出的泵浦光可泵浦增益环形波导8；

所述的增益环形波导8可为本光脉冲延时器提供增益，即当波长为本光脉冲延时器工作波长的光通过被泵浦的增益环形波导8时，可获得增益；

所述的压电陶瓷片7的长度是可控的，通过改变压电陶瓷片7的电输入端的电压，可调节压电陶瓷片7的长度，进而调节增益环形波导8的长度、以及环形谐振腔的腔长；

所述的第一隔离器4与第二隔离器10，只对波长与其工作波长相同的光具有单向导通效果，而对其它波长的光具有双向导通效果；

所述的第一耦合器1为1×2耦合器，其耦合比远大于1，且经第一耦合器1进入第二耦合器3的光强远大于经第一耦合器1进入第一光电探测器2的光强；

所述的第二耦合器3与第三耦合器9，均为2×2耦合器；

所述的第一光电探测器2与第二光电探测器5，二者的参数完全相同，且二者的工作波长均为本光脉冲延时器的工作波长；

所述的分析及控制系统11由采样电路11-1、对比电路11-2、第一输出电路11-3、第二输出电路11-4组成；

采样电路11-1的第一电输入端为分析及控制系统11的第一电输入端，采样电路11-1的第二电输入端为分析及控制系统11的第二电输入端，第一输出电路11-3的电输出端为分析及控制系统11的第一电输出端，第二输出电路11-4的电输出端为分析及控制系统11的第二电输出端；第一光电探测器2的电输出端连接采样电路11-1的第一电输入端，第二光电探测器5的电输出端连接采样电路11-1的第二电输入端，采样电路11-1的第一电输出端连接对比电路11-2的第一电输入端，采样电路11-1的第二电输出端连接对比电路11-2的第二电输入端，对比电路11-2的第一电输出端连接第一输出电路11-3的电输入端，第一输出电路11-3的电输出端连接泵浦光源6的电输入端，同时，对比电路11-2的第二电输出端连接第二输出电路11-4的电输入端，第二输出电路11-4的电输出端连接对比电路11-2的第三电输入端、以及压电陶瓷片7的电输入端；

所述的第一输出电路11-3的电输出端输出电压信号，加载到泵浦光源6的电输入端，以调节泵浦光源6输出的泵浦光的功率；

所述的第二输出电路11-4的电输出端输出电压信号，加载到压电陶瓷片7的电输入端，以调节压电陶瓷片7的长度，进而调节增益环形波导8的长度、以及环形谐振腔的腔长。

工作原理：第一耦合器1的光输入端为本光脉冲延时器的光输入端，第二隔离器10的光输入端为本光脉冲延时器的光输出端；

输入本光脉冲延时器的光脉冲信号的中心波长，需远离第一隔离器4的工作波长、以及第二隔离器10的工作波长，使得第一隔离器4、第二隔离器10对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号不具有单向导通效果、而具有双向导通效果，否则，达不到本光脉冲延时器的效果；

输入本光脉冲延时器的光脉冲信号，需包含一个触发光脉冲，触发光脉冲的脉宽(即脉冲持续的时间)较大，且需大于分析及控制系统11的响应时间，此外，触发光脉冲位于光脉冲信号的最前端，否则，达不到本光脉冲延时器的效果；

当光脉冲信号在环形谐振腔中谐振时，环形谐振腔会使光脉冲信号产生延时，延时的大小由第二耦合器3的耦合比与第三耦合器9的耦合比决定；

如图1所示，输入本光脉冲延时器的光脉冲信号由第一耦合器1的光输入端输入，经第一耦合器1后分为两束，由于第一耦合器1的耦合比远大于1，且经第一耦合器1进入第二耦合器3的光强远大于经第一耦合器1进入第一光电探测器2的光强，因此，光强较小的一束进入第一光电探测器2，光强较大的另一束经第二耦合器3进入环形谐振腔；由于第一隔离器4对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号具有双向导通效果，因此，环形谐振腔中的光脉冲信号可由第二耦合器3输出、并经第一隔离器4进入第二光电探测器5，同时，由于第二隔离器10对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号具有双向导通效果，因此，环形谐振腔中的光脉冲信号也可由第三耦合器9输出、并经第二隔离器10而由本光脉冲延时器的光输出端输出；

泵浦光源6输出的泵浦光，经第三耦合器9进入环形谐振腔，环形谐振腔中的泵浦光可经第二耦合器3进入第一隔离器4，由于泵浦光源6的输出光的波长与第一隔离器4的工作波长相同，且第一隔离器4对波长与其工作波长相同的光具有单向导通效果，因此，泵浦光无法通过第一隔离器4，同时，环形谐振腔中的泵浦光经第三耦合器9进入第二隔离器10，由于泵浦光源6的输出光的波长与第二隔离器10的工作波长相同，且第二隔离器10对波长与其工作波长相同的光具有单向导通效果，因此，泵浦光无法通过第二隔离器10而由本光脉冲延时器的光输出端输出；

由于触发光脉冲位于输入本光脉冲延时器的光脉冲信号的最前端，触发光脉冲经第一耦合器1后分为两束，光强较小的一束作为参考光信号进入第一光电探测器2，光强较大的另一束经第二耦合器3进入环形谐振腔，第一光电探测器2将参考光信号的光强转化为参考电压信号，并将参考电压信号输入分析及控制系统11，分析及控制系统11接收到参考电压信号后，产生三角波电压信号，并将此三角波电压信号加载到压电陶瓷片7的电输入端，以连续改变压电陶瓷片7的长度，进而连续改变增益环形波导8的长度，并可连续改变环形谐振腔的腔长，环形谐振腔的腔长的连续变化，使环形谐振腔的谐振波长连续变化，这样，环形谐振腔中的触发光脉冲经第二耦合器3输出时，触发光脉冲的强度不是一个固定值而是变化的值，简言之，通过连续改变环形谐振腔的腔长，可在第二耦合器3的光输出端获得触发光脉冲经环形谐振腔的透射谱，将触发光脉冲经环形谐振腔而由第二耦合器3输出的光信号作为透射光信号，透射光信号由第二耦合器3输出进入第一隔离器4，由于第一隔离器4对输入本光脉冲延时器的光脉冲信号具有双向导通效果，因此，透射光信号经第一隔离器4进入第二光电探测器5，第二光电探测器5将透射光信号的光强转化为透射电压信号，并将透射电压信号输入分析及控制系统11；

当触发光脉冲在环形谐振腔中谐振时，透射光信号的光强最小，此时，透射电压信号的电压值也最小；

在分析及控制系统11中，在同一时间轴对比三角波电压信号与透射电压信号，获得透射电压信号的最小电压值的时刻处所对应的三角波电压信号的电压值x，然后，分析及控制系统11产生幅度为x的直流电压信号，将此直流电压信号作为谐振直流电压信号，并将谐振直流电压信号加载到压电陶瓷片7的电输入端，以调节环形谐振腔的腔长，进而调节环形谐振腔的谐振波长即本光脉冲延时器的工作波长，使得输入本光脉冲延时器的光脉冲信号中触发光脉冲之后的光脉冲在环形谐振腔中谐振，进而产生延时；

同时，在分析及控制系统11中，由透射电压信号的最小电压值获得触发光脉冲在环形谐振腔中的损耗，然后，分析及控制系统11产生幅度为y的直流电压信号，将此直流电压信号作为泵浦直流电压信号，并将泵浦直流电压信号加载到泵浦光源6的电输入端，以调节泵浦光源6输出的泵浦光的功率，从而泵浦增益环形波导8为输入本光脉冲延时器的光脉冲信号提供增益，并使得输入本光脉冲延时器的光脉冲信号中触发光脉冲之后的光脉冲，在环形谐振腔中的增益等于在环形谐振腔中的损耗，这样，无论输入本光脉冲延时器的光脉冲信号经环形谐振腔，而由第二耦合器3的光输出端输出或由第三耦合器9的光输出端输出，输入本光脉冲延时器的光脉冲信号中的不同波长成分经环形谐振腔的透射率均相同且透射率为1，消除了由于光脉冲信号中的不同波长成分透射率不同所导致的脉冲形变，使得输入本光脉冲延时器的光脉冲信号经环形谐振腔延时后所产生的脉冲形变很小。

分析及控制系统11的工作原理：第一光电探测器2将参考电压信号输入采样电路11-1，采样电路11-1将参考电压信号输入对比电路11-2，对比电路11-2接收到参考电压信号后，给第二输出电路11-4发出指令，使第二输出电路11-4产生三角波电压信号，第二输出电路11-4将此三角波电压信号加载到压电陶瓷片7的电输入端、并同时将此三角波电压信号输入对比电路11-2；

此时，第二光电探测器5将透射电压信号输入采样电路11-1，采样电路11-1将透射电压信号输入对比电路11-2，然后，对比电路11-2在同一时间轴对比三角波电压信号与透射电压信号，获得透射电压信号的最小电压值的时刻处所对应的三角波电压信号的电压值x，对比电路11-2将电压值x输入第二输出电路11-4，第二输出电路11-4产生幅度为x的直流电压信号即谐振直流电压信号，第二输出电路11-4输出谐振直流电压信号、并将谐振直流电压信号加载到压电陶瓷片7的电输入端。

同时，对比电路11-2由透射电压信号的最小电压值获得触发光脉冲在环形谐振腔中的损耗，并依据此损耗获得补偿此损耗时泵浦光源6所需加载的电压值y，对比电路11-2将电压值y输入第一输出电路11-3，第一输出电路11-3产生幅度为y的直流电压信号即泵浦直流电压信号，第一输出电路11-3输出泵浦直流电压信号、并将泵浦直流电压信号加载到泵浦光源6的电输入端。