一种用于皮秒延迟线的高斯取样光纤光栅及制备方法与流程

本发明涉及一种用于皮秒延迟线的高斯取样光纤光栅及制备方法,属于光信号处理和光纤光栅领域的技术。光信号处理是一种用光子技术对电信号的状态进行干预从而满足应用要求的技术，这里涉及到的光信号处理是在时域对多路射频信号进行特定的延迟，获得多信号在时间上排队。光纤光栅是纤维光学一个重要分支，它以光纤布拉格光栅为基础，衍生出包含众多类型的光纤光栅技术领域，本发明采用高斯函数取样的一种取样光纤光栅,通过使用宽谱光源或多波长光源，这种取样光纤光栅可以被用于实现皮秒量级射频信号和光多波长延迟线。

背景技术：

采用延迟线的信号处理技术在射频相控阵天线系统和时域信号处理器中有重要的应用，随着应用需求的提高，多路延迟线必须提供皮秒量级的延迟量，由于电子技术在体积、重量、带宽、损耗、电磁兼容等方面的局限性，采用电子技术的延迟线不再能够满足技术要求，光子延迟线成为一个必然的选择。然而，现有的光子延迟线在要求的延迟量小至1ps时有与采用的技术相关的困难，例如，光纤延迟线难以通过切割光纤实现需要的光纤长度，普通的光纤光栅延迟线由于空间结构和安排的局限也难以实现1ps的延迟量，啁啾光纤光栅存在宽带信号色散问题，而通常的取样光纤光栅一直以来被研究和利用于信号的均匀多通道结构和多通道色散补偿等。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于皮秒延迟线的高斯取样光纤光栅及制备方法，解决现有普通的光纤光栅延迟线由于空间结构和安排的局限难以实现1ps的延迟量问题和避免啁啾光纤光栅色散的问题，通过本发明获得多波长通道、形成相邻通道延迟量为0.1~10皮秒的取样光纤光栅，并以此多波长通道对多路射频信号进行延迟或者直接采用多波长光源对光信号进行时域排队。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种用于皮秒延迟线的高斯取样光纤光栅，其特征是，在长度L的光敏光纤中具有等间隔的若干数目区域里其折射率呈高斯函数变化的高斯取样光纤光栅，该高斯取样光纤光栅用于实现皮秒量级多通道射频光调制信号延迟线或多波长光信号延迟线。

将长度L的光敏光纤置于包括激光器、准直镜的光栅制造装置的位移平台上用激光照射，即来自激光器的激光束经准直镜和狭缝板形成截短的高斯光束，该高斯光束通过相位掩膜版后照射在长度L光敏光纤上曝光生成等间隔的若干数目的折射率变化区域，形成对多波长光信号产生延迟量为0.1~10皮秒的取样光纤光栅。

所述取样光纤光栅经改变曝光时间的长短改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

所述取样光纤光栅经改变激光器的输出光功率或输出脉冲重复率或脉冲次数改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

所述取样光纤光栅经改变用于光栅的光纤长度改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

所述取样光纤光栅经改变光栅取样数目改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

所述取样光纤光栅经改变光栅制造装置中狭缝板狭缝的宽度改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

所述取样光纤光栅经调整激光器输出光束与狭缝板的狭缝对准程度改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

所述取样光纤光栅由权利要求3至8的任意组合实现改变取样光纤光栅对信号的延迟量。

本发明通过采用高斯取样光纤光栅可以以单个光栅实现多通道皮秒量级的延迟，多个波长通道可以在光栅制造中同时形成，这些波长通道分别用于例如在射频相控阵系统对来自不同天线单元的信号进行时域上的延迟，由于这样的取样光纤光栅只有一到几个厘米的长度，但是分担了所有这些通道的延迟，所以，这样获得的延迟量可以达到1ps左右。采用这样的光栅，通过使用宽谱光源或多波长光源、电光调制、光滤波和光电变换，从而实现一种多通道皮秒射频延迟线。在无射频调制的情况下，可以实现光多通道皮秒延迟线。在无射频调制和采用去复用从而获得皮秒排队信号的情况下，可以实现THz信号源。

附图说明

图1为本发明取样光纤光栅结构示意图；

图2为本发明在光栅制造装置中的示意图；

图3为本发明应用于皮秒延迟线的示意图；

图中，1光敏光纤，2光栅的取样即折射率变化区域，3取样光栅长度L，4光栅取样长度L_S，5位移平台，6拉力即重物，7激光器，8准直镜，9激光束，10狭缝，11狭缝板，12相位掩膜版，13光纤环形器，14多波长光源或者宽带光源，15多路电光调制器，16光电变换器，17输入多路射频RF信号，18输出被延迟的射频RF信号，19光滤波器或波分去复用器。

实施方法

结合附图和实施例进一步说明本发明，本发明在长度L的光敏光纤中具有等间隔的若干数目区域里其折射率呈高斯函数变化的高斯取样光纤光栅，该高斯取样光纤光栅用于实现皮秒量级多通道射频光调制信号延迟线或多波长光信号延迟线。

本发明制作过程如图1所示：

（1）采用光敏光纤1，根据设计的取样2间隔L_S 4选取一定的长度L3用于制造取样光纤光栅。

（2）将（1）中的光敏光纤1置于和固定于如图2所示的位移平台5，位移平台5沿着光敏光纤1方向在计算机程序控制下移动。

（3）将（1）中的光敏光纤1与一个适当重量的重物6相连，从而调节生成的光栅的中心波长。

（4）将激光器7、准直镜8、狭缝板11、相位掩膜版12按图2所示置于光纤1和位移平台5的一侧。所有物件相对于中轴线对齐和轴对称。其中相位掩膜版12紧靠着光纤1。

（5）在（4）的基础上，调整激光束9使之与一定宽度的狭缝10在横向（与对称轴垂直）对准。

（6）以上述（2）至（5）所述的系统结构，用激光器7的激光束经准直镜8和狭缝板11变成截短的高斯光束，高斯光束通过相位掩膜版12后照射在光敏光纤1上，以这样的方式曝光生成等间隔的一定数目的折射率变化区域，从而形成设计的取样光栅。

（7）改变用于制造取样光纤光栅的光敏光纤1的长度从而改变延迟谱上波长通道的延迟量。

（8）改变用于制造取样光纤光栅的取样2的数目从而改变延迟谱上波长通道的延迟量。

（9）改变激光器7的输出功率以改变光敏光纤1上折射率变化幅度，从而改变延迟谱上波长通道的延迟量。

（10）改变激光器7的输出激光的脉冲重复率或脉冲次数以改变光敏光纤1上折射率变化幅度，从而改变延迟谱上波长通道的延迟量。

（11）改变光栅制造系统中狭缝的宽度，从而实现延迟谱上多波长通道的皮秒时间延迟改变。

（12）改变激光光束9与狭缝10在横向对准程度，从而获得延迟谱上相对于中心通道一侧的波长通道的延迟量增加或减少。

（13）制造生成的取样光纤光栅置于如图3所示的系统中，从而构成皮秒射频光纤延迟线。其中，取样光纤光栅由光纤环形器13连接并构成光纤光栅的输入和输出接口。

（14）在图3所示的延迟线系统中，一个多波长光源或者宽带光源14提供多波长l₁、l₂…l_N的光信号或者覆盖l₁、l₂…l_N的光信号，这些波长信号与光纤光栅延迟通道的波长一致。这些光信号输入多路电光调制器15。

（15）在图3所示的延迟线系统中，多路射频RF信号17输入多路电光调制器15，在后者完成电光调制并合路输出连接到光纤环形器13。

（16）光纤环形器13连接到光滤波器或波分去复用器19、再连接到光电变换器16进行光电转换，光电变换器16将输入的光信号转变为电信号18。这些电信号成为在时间上被延迟的恢复的电信号。延迟量由取样光纤光栅决定。

（17）以上述描述的方法制造的取样光纤光栅，用光带通滤波器取其延迟谱上相对于中心通道一侧的呈线性剖面的部分波长通道，从而用于取得多射频RF信号的线性延迟分布，即相邻信号之间延迟量为常数。

（18） 以上述描述的方法制造的取样光纤光栅，用光带通滤波器取其延迟谱的包含中心通道和相对于中心通道对称的波长通道，从而用于取得多射频RF信号的高斯分布延迟线。

本发明中一个光纤光栅就是一段光纤上的纤芯折射率通过激光曝光形成了连续的沿着纵向的周期性改变，这样一种周期性的折射率变化的分布对入射光信号起到一种光栅的作用即波长选择作用。取样光栅只是把一段光纤上的连续的折射率变化改为等间隔多段的折射率变化，这种每一段的周期性折射率变化可以是一致的即常数函数、也可以是高斯函数形状的、也可以是其它形状的，便是那种函数取样的光纤光栅。

本发明中激光器发出的光束呈现为一个有一定大小的圆斑，这只是大部分光场或能力集中在这块圆斑上，还有一小部分能量在圆斑外并在径向扩展至无限远。对于高斯激光束，所有光能量在径向呈连续无限延伸的高斯函数分布。用狭缝板可以挡掉高斯函数能量分布远处的低能量部分，从而可以使得光纤上每个取样区域的激光曝光不会相互影响。