专利名称：消光比自补偿电光调制光脉冲装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感，特别是一种消光比自补偿电光调制光脉冲装置，可作为光 纤传感系统、激光测距系统中消光比自补偿的脉冲光源。
背景技术：
在分布式光纤传感系统中，窄脉冲激光发生器是其核心技术之一。该发生器需要产 生纳秒级脉宽和消光比稳定的光脉冲。传统的纳秒级脉冲光发生器采用电光调制器，通过手 动或者步进电机机械驱动偏振控制器的方式来调整输入光的偏振态，使光源输出的连续光经 过电光调制器调制以后成为脉冲光。这类方案的不足在于电光调制器是偏振敏感器件，在长 期使用过程中会出现偏振失调的情况，导致光脉冲消光比降低，影响传感系统的性能，手动或 者机械驱动的控制方式响应速度慢，消光比控制的好坏需要通过示波器等外部设备来辅助判 断，不能实现消光比的自动补偿，无法满足高精度分布式光纤传感系统的实际需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于光纤传感系统的消光比自补偿电光调制的光脉 冲装置，为光纤传感系统提供一种纳秒级脉宽的消光比快速自补偿的脉冲光源，而且具有 结构简单，长期稳定，性能可靠的特点。本发明的技术解决方案如下一种消光比自补偿电光调制光脉冲装置，其特点在于它由光纤激光光源、耦合光 纤、第一光纤分束器、电光波导强度调制器、电脉冲产生电路、射频连接器、第二光纤分束 器、第一监测光纤、第二监测光纤、光功率探测补偿电路和输出光纤组成，其连接关系是所 述的光纤激光光源的输出端和第一光纤分束器的输入端经耦合光纤连接，所述的第一光纤 分束器的第二输出端和所述的光功率探测补偿电路的第一输入端通过第一监测光纤相连， 第一光纤分束器的第一输出端和所述的电光波导强度调制器的第一输入端通过光纤相连， 所述的电光波导强度调制器的输出端通过光纤接所述的第二光纤分束器的输入端，该第二 光纤分束器的第二输出端通过第二监测光纤接所述的光功率探测补偿电路的第二输入端， 该光功率探测补偿电路的输出端经所述的电脉冲产生电路和所述的射频连接器与所述的 电光波导强度调制器的第二输入端通过导线相连，第二光纤分束器的第一输出端接所述的 输出光纤。所述的光功率探测补偿电路由可编程逻辑器件、第一高速PIN光电探测器、第一 模数转换电路、第二高速PIN光电探测器和第二模数转换电路构成，所述的光功率探测补 偿电路的第一输入端依次经第一高速PIN光电探测器和第一模数转换电路接所述的可编 程逻辑器件的输入端，所述的光功率探测补偿电路的第二输入端依次经所述的第二高速 PIN光电探测器和第二模数转换电路接所述的可编程逻辑器件的输入端，所述的可编程逻 辑器件的输出端即光功率探测补偿电路的输出端。所述的第一高速PIN光电探测器和第二高速PIN光电探测器采用高速InGaAs/InPPIN光电探测器。所述的第一光纤分束器和第二光纤分束器的分束比￡1和ε2分别为1 9。本发明的工作过程如下所述的第一光纤分束器的第二输出端输出的光信号经第一监测光纤进入所述的 光功率探测补偿电路的第一输入端，由第一高速PIN光电探测器将监测光信号转变为模拟 电信号，第一模数转换电路将所述的模拟电信号转变为第一数字信号D1，然后该第一数字 信号进入可编程逻辑器件；所述的第二光纤分束器的第二输出端输出的光信号通过第二监 测光纤进入所述的光功率探测补偿电路的第二输入端，由第二高速PIN光电探测器将监测 光信号转变为模拟电信号，第二模数转换电路模拟电信号转变为第二数字信号D2,然后该 第二数字信号进入可编程逻辑器件，该可编程逻辑器件将所述的第一数字信号D1和第二数
字信号D2通过下式进行运算处理得到消光比χ
,_Α—Μ:χ '= ΙΤ ^^^^ ^-^式中=D1-第一数字信号量、D2-第二数字信号量、Y1-第一模数转换系数、 Y2-第二模数转换系数、第一光电转换系数、Ci2-第二光电转换系数、R1-第一 电流-电压转换系数、R2-第二电流-电压转换系数、ε i-第一光纤分束器的分束比、 ε 2—第二光纤分束器的分束比、κ -电光调制器的插入损耗系数、M-脉冲占空比；得到消光比χ再与最低消光比阈值Xtl进行比较，如果χ小于设定的最低消光比阈 值Xo，则发出消光比补偿信号，改变所述的电光波导强度调制器上的偏置电压，使偏置电压 产生一个步进，步进量的大小由可编程逻辑器件(10-1)输出的数字信号的大小决定，然后 对消光比再次进行采集计算并判断，如果消光比χ减小，则改变电压步进的增减方向，再进 行判断，如果消光比χ增加，则继续沿这个方向步进电压，直到消光比χ增加并超过阈值Xo， 则消光比自补偿调整完成。本发明优点在于1、全光纤结构，避免空间光耦合，光脉冲效率高，输出稳定，与分布式光纤传感系 统兼容性好。2、采用高速InGaAs/InP PIN光电探测器，低暗电流，高响应度，光功率探测精度
尚ο3、采用可编程逻辑器件，根据采集到的光功率，产生相应的自补偿信号，光脉冲的 消光比稳定性高。4、采用改变电光波导强度调制器偏置电压控制消光比的方法，是一种全电控制， 无机械驱动装置，自补偿响应速度快。
图1为本发明消光比自补偿电光调制光脉冲系统的结构框图。图2为本发明中光功率探测补偿电路的架构框图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。参见图1，图1为本发明消光比自补偿电光调制光脉冲装置的结构框图，由图可 见，本发明消光比自补偿电光调制光脉冲装置由光纤激光光源1、耦合光纤2、第一光纤分 束器3、电光波导强度调制器4、电脉冲产生电路5、射频连接器6、第二光纤分束器7、第一监 测光纤8、第二监测光纤9、光功率探测补偿电路10和输出光纤11组成，其连接关系是光 纤激光光源1的输出端和第一光纤分束器3的输入端用耦合光纤2连接，第一光纤分束器 3的第二输出端和光功率探测补偿电路10的第一输入端通过第一监测光纤8相连，第一光 纤分束器3的第一输出端和电光波导强度调制器4的第一输入端相连，该电光波导强度调 制器4的输出端接所述的第二光纤分束器7的输入端，该第二光纤分束器7的第二输出端 通过第二监测光纤9接所述的光功率探测补偿电路10的第二输入端，该光功率探测补偿电 路10产生的补偿信号依次经所述的电脉冲产生电路5和射频连接器6进入所述的电光波 导强度调制器4的第二输入端，所述的第二光纤分束器7的第一输出端接所述的输出光纤 11。参见图2，所述的光功率探测补偿电路10由可编程逻辑器件10-1、第一高速PIN 光电探测器10-2、第二高速PIN光电探测器10-4、第一模数转换电路10-3和第二模数转换 电路10-5构成，所述的第一高速PIN光电探测器10-2和第二高速PIN光电探测器10_4分 别将两路监测光信号转变为电信号，第一模数转换电路10-3和第二 10-5分别将电信号转 变为数字信号，可编程逻辑器件10-1根据所采集到的数字信号的大小，通过逻辑程序运算 判断后，产生是否进行消光比补偿的控制信号，反馈到所述的电脉冲产生电路5上。光纤激光光源1产生连续激光，经过耦合光纤2进入第一光纤分束器3，该第一光 纤分束器3的第二输出端的输出光通过第一监测光纤8接到光功率探测补偿电路10的第 一输入端，该第一光纤分束器3的第一输出端的输出光经光纤进入所述的电光波导强度调 制器4的输入端，该电光波导强度调制器4的输出光脉冲进入第二光纤分束器7的输入端， 该第二光纤分束器7的第二输出端的输出光经光纤接光功率探测补偿电路10的第二输入 端，该光功率探测补偿电路10负责监测输出光的消光比，并在消光比下降时产生自补偿信 号，进入电脉冲产生电路5，该电脉冲产生电路5产生所需要脉宽的电脉冲，通过射频连接 器6加到所述的电光波导强度调制器4上，所述的第二光纤分束器7的第一输出端的输出 光进入输出光纤11输出光脉冲。脉冲光从电光波导强度调制器4输出后进入第二光纤分束器7，该第二光纤分束 器7的第二输出端输出的一束光通过第二监测光纤9进入光功率探测补偿电路10的第二 PIN光电探测器10-3，通过光电效应，光信号转换为电流信号，再经电流_电压转换，信号输 入到第二模数转换电路10-5，通过采样该电压信号，将得到的数字信号量传递给可编程逻 辑器件10-1，可编程逻辑器件10-1采集到的第二数字信号量D2和第二高速PIN光电探测 器的光功率A2信号之间存在如下关系D2 = [M · A2+(I-M) · B] · R2 · α 2/ γ 2 (1)式中=D2-第二数字信号量、M-脉冲占空比、A2-进入第二 PIN光电探测器10_3 的脉冲光功率、B-第二 PIN光电探测器10-3的基底光功率、R2-第二电流-电压转换系 数、α 2—第二光电转换系数、Y2-第二模数转换系数。第一光纤分束器3的第二输出端的输出光通过第一监测光纤8接到光功率探测补偿电路10的第一输入端进入第一高速PIN光电探测器10-2，通过光电效应，光信号转换 为电流信号，再经电流-电压转换，信号输入到第一模数转换电路10-4，通过采样该电压信 号，将得到的第一数字信号传递给可编程逻辑器件10-1，可编程逻辑器件10-1采集到的第 一数字信号量D1和输入第一高速PIN光电探测器的光功率A1信号之间存在如下关系D1 = A1 · R1 · α ^y1 (2)式中=D1-第一数字信号量、A1-进入第一高速PIN光电探测器10-2的连续光功 率、R1-第一电流-电压转换系数、Ci1--第一光电转换系数、Y1-第一模数转换系数。
从进入第一高速PIN光电探测器10-2的连续光功率A1和进入第二高速PIN光电 探测器10-3的脉冲光功率A2之间存在如下关系
权利要求
一种消光比自补偿电光调制光脉冲装置，其特征在于它由光纤激光光源(1)、耦合光纤(2)、第一光纤分束器(3)、电光波导强度调制器(4)、电脉冲产生电路(5)、射频连接器(6)、第二光纤分束器(7)、第一监测光纤(8)、第二监测光纤(9)、光功率探测补偿电路(10)和输出光纤(11)组成，其连接关系是所述的光纤激光光源(1)的输出端和第一光纤分束器(3)的输入端经耦合光纤(2)连接，所述的第一光纤分束器(3)的第二输出端和所述的光功率探测补偿电路(10)的第一输入端通过第一监测光纤(8)相连，第一光纤分束器(3)的第一输出端和所述的电光波导强度调制器(4)的第一输入端通过光纤相连，所述的电光波导强度调制器(4)的输出端通过光纤接所述的第二光纤分束器(7)的输入端，该第二光纤分束器(7)的第二输出端通过第二监测光纤(9)接所述的光功率探测补偿电路(10)的第二输入端，该光功率探测补偿电路(10)的输出端经所述的电脉冲产生电路(5)和所述的射频连接器(6)与所述的电光波导强度调制器(4)的第二输入端通过导线相连，第二光纤分束器(7)的第一输出端接所述的输出光纤(11)。
2.根据权利要求1所述的消光比自补偿电光调制光脉冲装置，其特征在于所述的光功 率探测补偿电路(10)由可编程逻辑器件(10-1)、第一高速PIN光电探测器(10-2)、第一模 数转换电路(10-3)、第二高速PIN光电探测器(10-4)和第二模数转换电路(10-5)构成， 所述的光功率探测补偿电路(10)的第一输入端经第一高速PIN光电探测器(10-2)和第一 模数转换电路(10-3)接所述的可编程逻辑器件(10-1)的输入端，所述的光功率探测补偿 电路(10)的第而输入端经所述的第二高速PIN光电探测器(10-4)和第二模数转换电路 (10-5)接所述的可编程逻辑器件(10-1)的输入端，所述的可编程逻辑器件(10-1)的输出 端即光功率探测补偿电路(10)的输出端。
3.根据权利要求1所述的消光比自补偿电光调制光脉冲装置，其特征在于所述的第一 高速PIN光电探测器(10-2)和第二高速PIN光电探测器(10-4)采用高速InGaAs/InP PIN 光电探测器。
4.根据权利要求1所述的消光比自补偿电光调制光脉冲装置，其特征在于所述的第一 光纤分束器(3)和第二光纤分束器(7)的分束比e工和e2分别为1 9。
全文摘要
一种消光比自补偿电光调制光脉冲装置，由光纤激光光源、耦合光纤、第一光纤分束器、电光波导强度调制器、电脉冲产生电路、射频连接器、第二光纤分束器、第一监测光纤、第二监测光纤、光功率探测补偿电路和输出光纤组成，本发明可实现光脉冲消光比的自补偿，长期稳定且性能可靠。
文档编号G02F1/035GK101995569SQ20101029515
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者李国扬, 林尊琪, 胡佳成, 陈宇, 陈柏 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所