專利名稱：一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光傳感解調(diào)和微波光子學領域，尤其是一種基于微波功率檢測的傳感
波長解調(diào)方案。 基于光波長的傳感技術因其波長編碼的優(yōu)勢而逐漸成為工程應用的熱點，其中關 鍵環(huán)節(jié)之一的是波長解調(diào)方案，諸如報道的濾波解調(diào)、干涉解調(diào)、可調(diào)諧掃描光源解調(diào)等 典型方法。利用微波信號檢測的波長解調(diào)方法已初有報道(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)，并顯示出了高速解調(diào)、靈敏度可調(diào)的優(yōu)勢，但其解調(diào)結果易受外界輸入光功率變化 目前，色散導致的微波功率衰減效應在微波光子學和通信領域得到了廣泛關注， 即光纖鏈路或其它元件的色散將導致微波功率按一定的規(guī)律進行衰減。這一效應既有不 利的一面，需要對它進行補償以消除功率衰減對系統(tǒng)或器件性能的影響(Jianping Yao，
Microwav印hotonics， IEEE/0SA Journal of Lightwave Technology, vol. 27， pp. 314—335，
2009);同時這一效應也有可以利用的一面，利用這一衰減效應可以實施實時微波頻率測量 和色散量監(jiān)控，并取得了較好的效果。至今，利用色散導致的微波功率衰減效應實現(xiàn)傳感波 長解調(diào)尚未見報道，為此我們提出應用色散導致的微波功率衰減效應開發(fā)新型傳感波長解 鑒于以上陳述的已有方案的不足和擬采用技術方案的新穎性，本發(fā)明的目的是提 供一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，使之充分發(fā)揮色散導致的微波功率衰減效 應的優(yōu)點，從而使得傳感波長的解調(diào)變得簡便和靈活。
本發(fā)明的目的是通過如下手段來實現(xiàn)的。 —種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，包含如下的處理步驟波長待測的 光信號輸入到強度調(diào)制器中，由微波信號源產(chǎn)生一正弦微波信號對輸入光信號進行小信號 調(diào)制，生成一個光載波和兩個邊帶；所述的已調(diào)制的光信號注入到耦合器中被均分為兩支 路進行傳輸；第一支路中光信號經(jīng)過色散元件、第一光電探測器、第一微波功率計，其中色 散元件引入色散導致的微波功率衰減效應，使檢測的微波功率隨待測波長的改變而變化； 第二支路中光信號經(jīng)過調(diào)諧光衰減器、第二光電探測器、第二微波功率計，其中調(diào)諧光衰減 器對兩支路上的光功率衰減進行平衡；將所述的兩支路上檢測的微波功率同時輸入到功率 比較模塊中解調(diào)出待測波長。 經(jīng)過如上的設計后，利用色散導致的微波功率衰減效應，通過檢測和對比某一微 波頻率處的微波功率就可以直接解調(diào)出傳感波長，原理簡單，無需復雜運算，既可以實現(xiàn)瞬
背景技術：
的影響。
調(diào)方案。

發(fā)明內(nèi)容
3時高速解調(diào)，在實際使用上本發(fā)明又具有如下優(yōu)點直接對比給定微波頻率處的微波功率
來解調(diào)波長，同時消除了因光源和傳感環(huán)境引起的輸入光功率的起伏帶來的影響，便于工
程實用化；改變微波信號的頻率值，可以方便地調(diào)諧解調(diào)范圍和解調(diào)精度，且在調(diào)諧過程中
無需精確控制施加在強度調(diào)制器上的微波功率，提高了波長解調(diào)的靈活性。


如下 圖1本發(fā)明方案的系統(tǒng)框圖。
圖2本發(fā)明方案兩支路上微波功率檢測值隨波長變化趨勢的示意圖 圖3本發(fā)明方案的微波功率比值與解調(diào)波長對應關系的示意圖(a)由解調(diào)波長
對應到微波功率比值；(b)由微波功率比值反解出解調(diào)波長。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施作進一步的描述。 如圖1所示，本發(fā)明方案由強度調(diào)制器10、微波源11、耦合器12、色散元件13、調(diào) 諧光衰減器14、第一光電探測器15、第二光電探測器16、第一微波功率計17、第二微波功率 計18、功率比較模塊19構成。 在圖1中，待測波長為A的光信號輸入強度調(diào)制器10中。微波源11生成一頻率 為fm的正弦微波信號施加到強度調(diào)制器10上，對輸入光信號進行小信號調(diào)制，得到兩個光 邊帶和一個光載波。被調(diào)制的光信號輸入到耦合器12中均分成兩份，分別輸入到由色散元 件13、第一光電探測器15、第一微波功率計17組成的第一支路和由調(diào)諧光衰減器14、第二 光電探測器16、第二微波功率計18組成的第二支路中。第一支路中，色散元件13在已調(diào)制 的光信號的兩個光邊帶之間引入相位差，從而經(jīng)由第一光電探測器15和第一微波功率計 17在頻率fm處檢測到的微波功率表示為(1)式，其中包含色散導致的微波功率衰減效應。
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其中，識為兩個光電探測器的響應系數(shù)，I為輸入光信號的功率，J。( )和 ) 為O階和l階第一類Bessel函數(shù)，P為調(diào)制深度，D為色散元件的色散值(單位為ps/nm)， 入為待測波長，fm為微波信號的頻率，c為真空中的光速。第二支路中沒有色散元件，不存 在色散導致的微波功率衰減效應；考慮到插入一個調(diào)諧光衰減器14平衡了兩支路的光功 率衰減量，因而在第二微波功率計18中檢測的微波功率值為
<formula>formula see original document page 4</formula> 將所述的兩微波功率檢測值輸入到功率比較模塊中，得到微波功率比值與解調(diào)波 長的關系<formula>formula see original document page 4</formula> 這里色散值D和微波頻率fm為已知量，由表達式(3)建立起了微波功率比值Y與
待測波長A的對應關系，因而獲得微波功率比值就可以解調(diào)出待測波長。 下面以D = 2000ps/nm和fm = 5. 58GHz為參量，舉例分析色散導致的微波功率衰減效應、微波功率比值與待測波長的對應關系。如圖2所示，第一支路的微波功率隨待測波 長的變化而呈現(xiàn)類似余弦函數(shù)平方關系的衰減趨勢，而第二支路的微波功率保持為定值。 將兩微波功率進行對比，得到微波功率比值與待測波長的對應關系，如圖3所示。在圖3(a) 中，隨著波長的變化，微波功率比值相應地改變；在圖3(b)中以波長反解的形式給出了兩 者的關系，即通過已知的微波功率比值就可以推算出待測波長。值得注意的是在不同的波 長區(qū)域，微波功率比值相對于待測波長的變化趨勢的快慢不一樣，如圖3(a)中1551. 5nm處 的變化趨勢比1550. 5nm處的變化趨勢快；微波功率比值相對于待測波長的變化趨勢越快 ( 一階導數(shù)越大)意味著波長解調(diào)精度越高，而為避免波長解調(diào)中出現(xiàn)雙值問題，解調(diào)范圍 相對減小，如圖3(a)中1551.5nm處的解調(diào)范圍過大就會得到兩個解調(diào)波長值。因而可以
根據(jù)實際需要，通過改變微波頻率fm的大小，即可改變待測波長區(qū)域的微波功率比值相對 于波長的一階導數(shù)，從而靈活地調(diào)諧解調(diào)精度和解調(diào)范圍。 綜合以上陳述，本發(fā)明具有如下特征1).在色散導致的微波功率衰減效應下，通
過檢測和對比微波功率解調(diào)出傳感波長，具備原理簡單、無需復雜解調(diào)計算等特點，既實現(xiàn)
了瞬時高速解調(diào)，又消除了輸入光信號功率的起伏對解調(diào)波長的影響，便于工程化實踐應
用；2).改變微波信號的頻率，可以方便地調(diào)諧解調(diào)精度和解調(diào)范圍，且在調(diào)諧過程中無需
精確控制施加在強度調(diào)制器上的微波功率值，提高了波長解調(diào)的靈活性。 以上所陳述的僅僅是本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式，應當指出，在不脫離本發(fā)明方
法實質(zhì)的前提下，在實際實施中可以做出若干更改和潤色(比如采用其他相位調(diào)制器、偏
振調(diào)制器)也應包含在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權利要求
一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，包含如下的處理步驟波長待測的光信號輸入到強度調(diào)制器中，由微波信號源產(chǎn)生一正弦微波信號對輸入光信號進行小信號調(diào)制，生成一個光載波和兩個邊帶；所述的已調(diào)制的光信號注入到耦合器中被均分為兩支路進行傳輸；第一支路中光信號經(jīng)過色散元件、第一光電探測器、第一微波功率計，其中色散元件引入色散導致的微波功率衰減效應，使檢測的微波功率隨待測波長的改變而變化；第二支路中光信號經(jīng)過調(diào)諧光衰減器、第二光電探測器、第二微波功率計，其中調(diào)諧光衰減器對兩支路上的光功率衰減進行平衡；將所述的兩支路上檢測的微波功率同時輸入到功率比較模塊中解調(diào)出待測波長。
2. 根據(jù)權利要求1所述之一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案，其特征在于， 改變正弦微波信號的頻率，以調(diào)整微波功率比值相對于待測波長的變化趨勢的快慢程度， 靈活地實現(xiàn)對解調(diào)精度和解調(diào)范圍進行調(diào)諧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微波功率檢測的傳感波長解調(diào)方案。波長待測的光信號注入到強度調(diào)制器中，在小信號調(diào)制條件下被一正弦微波信號調(diào)制；所述的已調(diào)制光信號均分成兩支路傳輸；第一支路光信號通過一個色散元件，引入色散導致的微波功率衰減效應；第二支路不引入色散，光信號經(jīng)過一個調(diào)諧光衰減器以平衡兩支路的光功率損耗；然后經(jīng)由光電探測器和微波功率計將所述的兩支路的兩個微波功率檢測出來，并同時輸入到功率比較模塊中，得到微波功率比值與待測波長的對應關系，從而解調(diào)出待測波長。本發(fā)明實現(xiàn)了瞬時波長解調(diào)，不受輸入光信號功率起伏的影響，且解調(diào)精度和解調(diào)范圍可靈活調(diào)整。
文檔編號G01J9/00GK101694405SQ200910167959
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權日2009年10月21日
發(fā)明者潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 閆連山 申請人:西南交通大學;