专利名称：一种基于微波功率检测的传感波长解调方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及光传感解调和微波光子学领域，尤其是一种基于微波功率检测的传感
波长解调方案。 基于光波长的传感技术因其波长编码的优势而逐渐成为工程应用的热点，其中关 键环节之一的是波长解调方案，诸如报道的滤波解调、干涉解调、可调谐扫描光源解调等 典型方法。利用微波信号检测的波长解调方法已初有报道(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)，并显示出了高速解调、灵敏度可调的优势，但其解调结果易受外界输入光功率变化 目前，色散导致的微波功率衰减效应在微波光子学和通信领域得到了广泛关注， 即光纤链路或其它元件的色散将导致微波功率按一定的规律进行衰减。这一效应既有不 利的一面，需要对它进行补偿以消除功率衰减对系统或器件性能的影响(Jianping Yao，
Microwav印hotonics， IEEE/0SA Journal of Lightwave Technology, vol. 27， pp. 314—335，
2009);同时这一效应也有可以利用的一面，利用这一衰减效应可以实施实时微波频率测量 和色散量监控，并取得了较好的效果。至今，利用色散导致的微波功率衰减效应实现传感波 长解调尚未见报道，为此我们提出应用色散导致的微波功率衰减效应开发新型传感波长解 鉴于以上陈述的已有方案的不足和拟采用技术方案的新颖性，本发明的目的是提 供一种基于微波功率检测的传感波长解调方案，使之充分发挥色散导致的微波功率衰减效 应的优点，从而使得传感波长的解调变得简便和灵活。
本发明的目的是通过如下手段来实现的。 —种基于微波功率检测的传感波长解调方案，包含如下的处理步骤波长待测的 光信号输入到强度调制器中，由微波信号源产生一正弦微波信号对输入光信号进行小信号 调制，生成一个光载波和两个边带；所述的已调制的光信号注入到耦合器中被均分为两支 路进行传输；第一支路中光信号经过色散元件、第一光电探测器、第一微波功率计，其中色 散元件引入色散导致的微波功率衰减效应，使检测的微波功率随待测波长的改变而变化； 第二支路中光信号经过调谐光衰减器、第二光电探测器、第二微波功率计，其中调谐光衰减 器对两支路上的光功率衰减进行平衡；将所述的两支路上检测的微波功率同时输入到功率 比较模块中解调出待测波长。 经过如上的设计后，利用色散导致的微波功率衰减效应，通过检测和对比某一微 波频率处的微波功率就可以直接解调出传感波长，原理简单，无需复杂运算，既可以实现瞬
背景技术：
的影响。
调方案。
发明内容
3时高速解调，在实际使用上本发明又具有如下优点直接对比给定微波频率处的微波功率
来解调波长，同时消除了因光源和传感环境引起的输入光功率的起伏带来的影响，便于工
程实用化；改变微波信号的频率值，可以方便地调谐解调范围和解调精度，且在调谐过程中
无需精确控制施加在强度调制器上的微波功率，提高了波长解调的灵活性。
如下 图1本发明方案的系统框图。
图2本发明方案两支路上微波功率检测值随波长变化趋势的示意图 图3本发明方案的微波功率比值与解调波长对应关系的示意图(a)由解调波长
对应到微波功率比值；(b)由微波功率比值反解出解调波长。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。 如图1所示，本发明方案由强度调制器10、微波源11、耦合器12、色散元件13、调 谐光衰减器14、第一光电探测器15、第二光电探测器16、第一微波功率计17、第二微波功率 计18、功率比较模块19构成。 在图1中，待测波长为A的光信号输入强度调制器10中。微波源11生成一频率 为fm的正弦微波信号施加到强度调制器10上，对输入光信号进行小信号调制，得到两个光 边带和一个光载波。被调制的光信号输入到耦合器12中均分成两份，分别输入到由色散元 件13、第一光电探测器15、第一微波功率计17组成的第一支路和由调谐光衰减器14、第二 光电探测器16、第二微波功率计18组成的第二支路中。第一支路中，色散元件13在已调制 的光信号的两个光边带之间引入相位差，从而经由第一光电探测器15和第一微波功率计 17在频率fm处检测到的微波功率表示为(1)式，其中包含色散导致的微波功率衰减效应。
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，识为两个光电探测器的响应系数，I为输入光信号的功率，J。( )和 ) 为O阶和l阶第一类Bessel函数，P为调制深度，D为色散元件的色散值(单位为ps/nm)， 入为待测波长，fm为微波信号的频率，c为真空中的光速。第二支路中没有色散元件，不存 在色散导致的微波功率衰减效应；考虑到插入一个调谐光衰减器14平衡了两支路的光功 率衰减量，因而在第二微波功率计18中检测的微波功率值为
<formula>formula see original document page 4</formula> 将所述的两微波功率检测值输入到功率比较模块中，得到微波功率比值与解调波 长的关系<formula>formula see original document page 4</formula> 这里色散值D和微波频率fm为已知量，由表达式(3)建立起了微波功率比值Y与
待测波长A的对应关系，因而获得微波功率比值就可以解调出待测波长。 下面以D = 2000ps/nm和fm = 5. 58GHz为参量，举例分析色散导致的微波功率衰减效应、微波功率比值与待测波长的对应关系。如图2所示，第一支路的微波功率随待测波 长的变化而呈现类似余弦函数平方关系的衰减趋势，而第二支路的微波功率保持为定值。 将两微波功率进行对比，得到微波功率比值与待测波长的对应关系，如图3所示。在图3(a) 中，随着波长的变化，微波功率比值相应地改变；在图3(b)中以波长反解的形式给出了两 者的关系，即通过已知的微波功率比值就可以推算出待测波长。值得注意的是在不同的波 长区域，微波功率比值相对于待测波长的变化趋势的快慢不一样，如图3(a)中1551. 5nm处 的变化趋势比1550. 5nm处的变化趋势快；微波功率比值相对于待测波长的变化趋势越快 ( 一阶导数越大)意味着波长解调精度越高，而为避免波长解调中出现双值问题，解调范围 相对减小，如图3(a)中1551.5nm处的解调范围过大就会得到两个解调波长值。因而可以
根据实际需要，通过改变微波频率fm的大小，即可改变待测波长区域的微波功率比值相对 于波长的一阶导数，从而灵活地调谐解调精度和解调范围。 综合以上陈述，本发明具有如下特征1).在色散导致的微波功率衰减效应下，通
过检测和对比微波功率解调出传感波长，具备原理简单、无需复杂解调计算等特点，既实现
了瞬时高速解调，又消除了输入光信号功率的起伏对解调波长的影响，便于工程化实践应
用；2).改变微波信号的频率，可以方便地调谐解调精度和解调范围，且在调谐过程中无需
精确控制施加在强度调制器上的微波功率值，提高了波长解调的灵活性。 以上所陈述的仅仅是本发明方法的优选实施方式，应当指出，在不脱离本发明方
法实质的前提下，在实际实施中可以做出若干更改和润色(比如采用其他相位调制器、偏
振调制器)也应包含在本发明的保护范围以内。
权利要求
一种基于微波功率检测的传感波长解调方案，包含如下的处理步骤波长待测的光信号输入到强度调制器中，由微波信号源产生一正弦微波信号对输入光信号进行小信号调制，生成一个光载波和两个边带；所述的已调制的光信号注入到耦合器中被均分为两支路进行传输；第一支路中光信号经过色散元件、第一光电探测器、第一微波功率计，其中色散元件引入色散导致的微波功率衰减效应，使检测的微波功率随待测波长的改变而变化；第二支路中光信号经过调谐光衰减器、第二光电探测器、第二微波功率计，其中调谐光衰减器对两支路上的光功率衰减进行平衡；将所述的两支路上检测的微波功率同时输入到功率比较模块中解调出待测波长。
2. 根据权利要求1所述之一种基于微波功率检测的传感波长解调方案，其特征在于， 改变正弦微波信号的频率，以调整微波功率比值相对于待测波长的变化趋势的快慢程度， 灵活地实现对解调精度和解调范围进行调谐。
全文摘要
本发明公开了一种基于微波功率检测的传感波长解调方案。波长待测的光信号注入到强度调制器中，在小信号调制条件下被一正弦微波信号调制；所述的已调制光信号均分成两支路传输；第一支路光信号通过一个色散元件，引入色散导致的微波功率衰减效应；第二支路不引入色散，光信号经过一个调谐光衰减器以平衡两支路的光功率损耗；然后经由光电探测器和微波功率计将所述的两支路的两个微波功率检测出来，并同时输入到功率比较模块中，得到微波功率比值与待测波长的对应关系，从而解调出待测波长。本发明实现了瞬时波长解调，不受输入光信号功率起伏的影响，且解调精度和解调范围可灵活调整。
文档编号G01J9/00GK101694405SQ200910167959
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者潘炜, 罗斌, 邹喜华, 闫连山 申请人:西南交通大学;