專利名稱：可編程光脈沖延時器及電脈沖延時器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光延時技術領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種可編程光脈沖延時器及 電脈沖延時器。
背景技術：
在光通信以及光信號處理領域，經常需要對光脈沖信號進行延時。例如，對于干涉 儀往往需要兩路光脈沖的時間差在其相干時間以內，但實際上，很難保持兩光路的光程完 全相等。此時，可以使用光延時器，對其中一個光脈沖進行延時，通過調節(jié)延時使兩個光脈 沖在干涉時處在相干時間和相干長度以內，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的干涉。在光包交換網的交換系 統(tǒng)和接入系統(tǒng)中，經常出現(xiàn)包的競爭問題，比較常用的解決辦法是把相互競爭包的其中一 個延時一段時間，待另一個包交換完成后，再處理這個包。在光時分復用系統(tǒng)中，通過光延 時可以提取光交換所需要的時鐘信號。在波分復用、特別是密集波分復用系統(tǒng)中，大容量的 可調光延時器可以實現(xiàn)光緩沖區(qū)，以減少分組丟失，大大提高通信系統(tǒng)的性能。在光纖碼分 多址技術中，通過可調光延時器可以實現(xiàn)高速的編碼/解碼器。目前，國內外均比較重視光延時器的研究，已有的技術方案包括如下幾種光延時 線加開關方案，調節(jié)空間距離方案和基于波長變換的干涉環(huán)。光延時線加開關方案這種方案僅是簡單地將不同長度的光纖并聯(lián)或者串聯(lián)在一 起，使用開關控制光脈沖走過的光纖路經，來達到不同長度的延時。這種方案中，并聯(lián)或串 聯(lián)的光纖長度一經確定，延時便確定，不能根據(jù)需要任意調節(jié)，因此擴展性差。而且，如果需 要得到更為精確和延時范圍更廣的延時，需要使用多級光纖和多個光開關，導致整個系統(tǒng) 龐大復雜，實用性差。調節(jié)空間距離方案這種方案一般將光信號送入自由空間的兩個反射鏡之間，使 光信號從另一端射出。通過調節(jié)反射鏡的距離，可以實現(xiàn)不同的延時。但是，這種方案需要 十分精密的機械結構，造價高，體積大，延時范圍短，若要幾微秒的延時就需要幾公里的光 路，在室內很不現(xiàn)實。在光纖系統(tǒng)中有如美國General Photonics公司的手動和電控光纖 延時線VariDelay，但其延時時間分別只有330ps和660ps?；诓ㄩL變換的干涉環(huán)通過波長變換將光脈沖變?yōu)榱硗庖粋€波長，送入一個環(huán) 路，如果需要輸出時，使用解復用器和波長變換器使其波長再次改變，從延時器中輸出，延 時的長短取決于光信號在光纖環(huán)中的循環(huán)的次數(shù)。這種方案發(fā)明結構復雜，而且光信號循 環(huán)的次數(shù)受到波長變換器數(shù)量的限制，可以延時的時間不長。另外，波長變換會對原光脈沖 產生影響，輸出光脈沖已不再是原來的光脈沖了。而在實際應用中，有時需要使用原光脈沖 進行后續(xù)的操作。另外，中國專利申請?zhí)?00310109273的“十進制可編程光延時裝置”提供了一種 可編程的光延時裝置，該發(fā)明涉及一種十進制可編程光延時裝置。如圖1所示，該光延時裝 置包含多級延時器模塊，每級延時器模塊外接不同長度的光纖延時線，多個結構相同的延 時器模塊以上級延時器模塊光信號輸出端口連接下級延時器模塊光信號輸入端口的方式
3進行串聯(lián)，最上一級的延時器模塊的光輸入端口構成裝置的光輸入端口，最下一級的延時 器模塊的光輸出端口構成裝置的光輸出端口。圖2示出該裝置中的單個延時模塊的內部結 構，如圖2所示，單個延時模塊內部結構非常復雜，控制時序精度需求高，從而導致圖1的裝 置結構十分復雜，不便于集成，實用性差，而且輸出的光脈沖經過多次波長變換已不再是原 來性質的光脈沖。

發(fā)明內容
為克服現(xiàn)有光延時器結構復雜、集成度和實用性差的缺陷，本發(fā)明提出一種可編 程光脈沖延時器及電脈沖延時器。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種光纖可編程光脈沖延時器，包括2X1耦合 器、光纖環(huán)行器、2X2耦合器和相位調制器；其中，所述2 X 1耦合器的第一端口用于接收輸入的光脈沖，所述2 X 1耦合器的第 三端口與所述光纖環(huán)行器的第一端口連接；所述2X 1耦合器的第二端口與所述2X2耦合 器的第二端口連接；所述光纖環(huán)行器的第二端口與所述2X2耦合器的第一端口連接；所述 2X2耦合器的第三端口和第四端口分別與所述相位調制器的第二端口和第一端口連接； 所述光纖環(huán)行器的第三端口用于輸出延時的光脈沖；所述相位調制器用于加調制電壓，以改變所通過光脈沖的相位。其中，所述2 X 1耦合器的第一端口和第二端口接收光脈沖，從所述2 X 1耦合器的 第三端口輸出。其中，所述2X2耦合器的分光比為50/50。其中，所述光脈沖從所述相位調制器的第一端口傳輸?shù)剿?X2耦合器的第四 端口的距離與從所述相位調制器的第二端口傳輸?shù)剿? X 2耦合器的第三端口的距離不 相等。其中，所述光纖環(huán)行器的第一端口接收光脈沖，從所述光纖環(huán)行器的第二端口輸
出o其中，所述光纖環(huán)行器的第二端口接收來自所述2X2耦合器的第一端口的光脈 沖，從所述光纖環(huán)行器的第三端口輸出。其中，所述相位調制器加半波電壓，以對從所述相位調制器的第一端口和所述相 位調制器的第二端口二者輸入的光脈沖分量的其中一束分量進行調制。其中，從所述2X2耦合器的第三端口和第四端口返回的相位差為Ji的兩個光脈 沖分量在所述2 X 2耦合器中發(fā)生干涉，從所述2 X 2耦合器的所述第二端口輸出。其中，從所述2 X 2耦合器的第三端口和第四端口返回的相位差為0的兩個光脈沖 分量在所述2X2耦合器中發(fā)生干涉，從所述2X2耦合器的所述第一端口輸出到所述光纖 環(huán)行器的第二端口。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種可編程電脈沖延時器，包括上述的可編程光脈沖延時器；連接所述2 X 1耦合器的第一端口的電/光轉換器；連接所述光纖環(huán)行器的第三端口的光/電轉換器。本發(fā)明提供的可編程光脈沖延時器結構簡單，便于集成，由于所有器件均為光通
4信中的標準光纖器件，可以通過光集成技術將其集成在一個很小的封裝中；控制簡單方便， 僅通過簡單的控制在相位調制器上加調制電壓的次數(shù)，便可以實現(xiàn)可編程的光延時輸出。由于延時的長短取決于延時器中光纖的長度以及加調制的次數(shù)，該可編程光脈沖 延時器可以制成不同量程和精度的延時器，這樣可以通過調節(jié)光脈沖路徑的長度來實現(xiàn)不 同精度的光延時。例如，利用現(xiàn)有的集成光學技術，可以將該長度縮短到毫米量級，這樣延 時的步長可以小至幾個皮秒量級。如果長度設置的比較長，則可以實現(xiàn)納秒、微秒或者更長 的延時步長。通過調節(jié)這段光纖的長度，便可以實現(xiàn)不同的延時步長、不同的量程和精度的 光延時器。該可編程光脈沖延時器損耗小，進而對光脈沖的影響很小。延時輸出的光脈沖 為原始的光脈沖，沒有經過波長變換等操作而改變其性質。如果相位調制器為線偏振的，即 只對單個偏振進行調制，則該可編程偏振光脈沖延時器可以實現(xiàn)線偏振光脈沖的延時。如 果相位調制器為偏振無關，即對偏振光脈沖都能夠調制，則可以實現(xiàn)偏振光脈沖的延時。該 可編程偏振光脈沖延時器基于等臂干涉環(huán)，抗干擾能力強。


圖1為現(xiàn)有技術的十進制可編程光延時裝置的結構圖；圖2為現(xiàn)有技術的單個延時模塊的內部結構示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的可編程光脈沖延時器；圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的可編程電脈沖延時器結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種光纖可編程光脈沖延時器及電 脈沖延時器進行詳細描述。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的適用于光脈沖的可編程光脈沖延時器，如圖3所示， 該可編程光脈沖延時器包括2X 1的耦合器1、光纖環(huán)行器2、2X2的耦合器3(其分光比為 50/50)和相位調制器4 ;2X2的耦合器3與后面的光纖環(huán)構成一個Sagnac環(huán)，相位調制器 4位于Sagnac環(huán)中。如圖所示，2X1耦合器1的3個端口分別為第一端口 A、第二端口 B、 第三端口 J，結構完全一致的第一端口 A和第二端口 B為輸入端口，第三端口 J為輸出端口。 光纖環(huán)行器2的3個端口分別為第一端口 C、第二端口 D和第三端口 E，其中，第一端口 C稱 為輸入端口，第二端口 D為混合端口，既能輸出從第一端口 C輸入的光脈沖，也能輸入來自 2 X 2耦合器3的第一端口 F的光脈沖，從第一端口 C入射的光脈沖將從第二端口 D出射，從 第二端口 D入射的光脈沖將從第三端口 E出射。2X2耦合器3的4個端口分別為第一端口 F、第二端口 G、第三端口 H、第四端口 I，端口 F和G完全對稱，端口 H和I也完全對稱，從端 口F或G進入的光脈沖將平均分成兩個光脈沖從端口 I和H輸出，從端口 I或H進入的光 脈沖將平均分成兩個光脈沖從端口 F和G輸出。相位調制器4的兩個端口為第一端口 M和 第二端口 N。其中，2X1耦合器1的第三端口 J與光纖環(huán)行器2的第一端口 C連接；2XI耦合 器1的第二端口 B與2 X 2耦合器3的第二端口 G連接；光纖環(huán)行器2的第二端口 D與2 X 2 耦合器3的第一端口 F連接；2 X 2耦合器3的第三端口 H與相位調制器4的第二端口 N連 接；2X2耦合器3的第四端口 I與相位調制器4的第一端口 M連接。其中，光脈沖從2X2
5耦合器3的第三端口 H傳輸?shù)较辔徽{制器4的第二端口 N的距離與從2X2耦合器3的第 四端口 I傳輸?shù)较辔徽{制器4的第一端口 M的距離不相同，或者是說，從2X2耦合器3的 第三端口 H和2X2耦合器3的第四端口 I發(fā)送的光脈沖到達相位調制器4對應的端口所 使用的時間不相等，以保證同一時間僅有一個光脈沖通過相位調制器。2X1耦合器1的第 一端口 A作為整個裝置的光脈沖輸入；光纖環(huán)行器2的第三端口 E作為整個裝置的光脈沖 延時輸出；2X 1的耦合器1、光纖環(huán)行器2、2X2的耦合器3和相位調制器4構成一個‘8’ 字形環(huán)路。相位調制器4用于改變光脈沖的相位，從而使在2X2的耦合器3干涉的輸出光 脈沖沿不同的路徑行走，即從端口 F或G輸出。光脈沖從2X1耦合器1的第一端口 A輸入，從第三端口 J輸出，送入光纖環(huán)行器 2的第一端口 C，從第二端口 D輸出，然后通過第一端口 F輸入2 X 2耦合器3。2 X 2耦合器 3將光脈沖平均分為兩個光脈沖分量，分別從第四端口 I和第三端口 H輸出。從第四端口 I 輸出的光脈沖分量通過相位調制器4返回到2 X 2耦合器3的第三端口 H，從第三端口 H輸 出的光脈沖分量通過相位調制器4返回到2X2耦合器3的第四端口 I。當其中一個光脈沖分量通過相位調制器時，對相位調制器加調制電壓，例如半波 電壓，對該光脈沖分量進行調制，使其相位改變n，而另一個光脈沖分量則不進行調制。這 樣，當兩個光脈沖分量同時返回2X2耦合器3時將發(fā)生干涉，由于它們之間有ji的相位 差，將以單個脈沖的形式(兩個分開的光脈沖在返回時存在相位差，而返回的時間是相同 的，因此將重疊在一起產生干涉，合成為一個光脈沖)從第二端口 G輸出，然后進入2X1耦 合器1的第二端口 B，再次通過第三端口 J進入整個裝置。這樣，每次光脈沖在2X2耦合 器3 —分為二，當其中一個光脈沖分量通過相位調制器時，對相位調制器加半波電壓，對該 光脈沖分量進行調制，則可以使光脈沖在整個光纖環(huán)路中循環(huán)。當需要光脈沖輸出的時候， 則對通過2X2耦合器3的光脈沖不加任何調制，此時被2X2耦合器3 —分為二的兩個光 脈沖分量返回2X2耦合器3后發(fā)生干涉，合成后的光脈沖將從第一端口 F輸出到光纖環(huán)行 器2的第二端口 D，并從第三端口 E輸出。其中，對于第四端口 I和第三端口 H返回的光脈 沖分量的不同相位差，存在不同的干涉效果，兩個光脈沖分量的相位差n時干涉后合成的 光脈沖從第二端口 G輸出，相位差為0時干涉后合成的光脈沖從第一端口 F輸出，輸出光的 性質和輸入光一致。因此，在需要延時的時候，在每次光脈沖通過相位調制器4時，對相位調制器4加 半波電壓，可以使單個光脈沖在整個光纖環(huán)路中循環(huán)而不輸出，從而實現(xiàn)延時的功能。當需 要輸出的時候，則不加調制便可以使延時的光脈沖從端口 E輸出。如果對光脈沖不加調制，則光脈沖在Sagnac環(huán)中循環(huán)一周便直接輸出，當對光脈 沖進行調制時，光脈沖在整個延時器中循環(huán)一周，以后每次多調制一次，便多循環(huán)一周?？梢酝ㄟ^調節(jié)相位調制器上加調制的次數(shù)n，便可以實現(xiàn)整數(shù)倍的可編程光脈沖 延時，另外延時的大小還取決于延時器中光纖的長度。電脈沖的延時目前，商用的最好的可編程電脈沖延時器的精度為幾百個皮秒。例如MAXIM公司 的DS1023-25芯片的延時步長為250ps，更小的延時步長很難獲得。另外，商用器件中可編 程的最大延時步長也受到電路的限制，例如DS1023-500的延時步長為5ns，更長的延時步 長也比較難。通過光延時可以有效地擴展電信號的延時精度和范圍，例如，實現(xiàn)精度達到幾
6十個乃至幾個皮秒的延時步長，由于光在光纖中的傳播速度很快，采用集成光學技術，可以 將整個光纖延時器限制在毫米量級，這樣延時的步長便可以控制在皮秒量級；實現(xiàn)大范圍 的延時，如果將光環(huán)路中的光纖長度加長，則很容易實現(xiàn)長的延時步長，從而使整個延時范 圍擴大。而增加光纖長度，對光的損耗影響甚微。例如，如果光纖長度設置的比較長，則可 以實現(xiàn)納秒、微秒或者更長的延時步長，增加長度可以制成延時更長的延時器。如果使用光延時來擴展電延時，則只需將電脈沖信號先轉換成為光脈沖信號，然 后對光脈沖信號進行延時，最后將光脈沖信號重新恢復成為電脈沖信號即可。圖4示出根 據(jù)本發(fā)明另一個實施例的可編程電脈沖延時器結構，如圖4所示，采用標準的光通信器件 光發(fā)射次模塊T0SA將電信號轉換成為光信號，采用標準的光通信器件光接收次模塊ROSA 將光信號轉換成為電信號，當然也可以采用其它的光/電轉換器件。最后應說明的是，以上實施例僅用以描述本發(fā)明的技術方案而不是對本技術方法 進行限制，本發(fā)明在應用上可以延伸為其他的修改、變化、應用和實施例，并且因此認為所 有這樣的修改、變化、應用、實施例都在本發(fā)明的精神和教導范圍內。
權利要求
一種可編程光脈沖延時器，包括2×1耦合器(1)、光纖環(huán)行器(2)、2×2耦合器(3)和相位調制器(4)；其中，所述2×1耦合器(1)的第一端口(A)用于接收輸入的光脈沖，所述2×1耦合器(1)的第三端口(J)與所述光纖環(huán)行器(2)的第一端口(C)連接；所述2×1耦合器(1)的第二端口(B)與所述2×2耦合器(3)的第二端口(G)連接；所述光纖環(huán)行器(2)的第二端口(D)與所述2×2耦合器(3)的第一端口(F)連接；所述2×2耦合器(3)的第三端口(H)和第四端口(I)分別與所述相位調制器的第二端口(N)和第一端口(M)連接；所述光纖環(huán)行器(2)的第三端口(E)用于輸出延時的光脈沖；所述相位調制器(4)用于加調制電壓，以改變所通過光脈沖的相位。
2.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，所述2X1耦合器(1)的第一端口(A)和 第二端口(B)接收光脈沖，從所述2X1耦合器(1)的第三端口(J)輸出。
3.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，所述2X2的耦合器(3)的分光比為 50/50。
4.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，所述光脈沖從所述相位調制器(4)的第一 端口(M)傳輸?shù)剿?X2耦合器(3)的第四端口(I)的距離與從所述相位調制器⑷的 第二端口(N)傳輸?shù)剿?X2耦合器(3)的第三端口(H)的距離不相等。
5.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，所述光纖環(huán)行器(2)的第一端口(C)接收 光脈沖，從所述光纖環(huán)行器(2)的第二端口(D)輸出。
6.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，所述光纖環(huán)行器(2)的第二端口(D)接 收來自所述2X2耦合器(3)的第一端口(F)的光脈沖，從所述光纖環(huán)行器(2)的第三端口 (E)輸出。
7.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，所述相位調制器(4)加半波電壓，以對從 所述相位調制器的第一端口(N)和所述相位調制器的第二端口(M) 二者輸入的光脈沖分量 的其中一個分量進行調制。
8.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，從所述2X2耦合器(3)的第三端口(H) 和第四端口(I)返回的相位差為η的兩個光脈沖分量在所述2X2耦合器(3)中發(fā)生干涉， 從所述2X2耦合器(3)的所述第二端口(G)輸出。
9.權利要求1的可編程光脈沖延時器，其中，從所述2X2耦合器(3)的第三端口(H) 和第四端口(I)返回的相位差為0的兩個光脈沖分量在所述2X2耦合器(3)中發(fā)生干涉， 從所述2X2耦合器(3)的所述第一端口(F)輸出到所述光纖環(huán)行器(2)的第二端口(D)。
10.一種可編程電脈沖延時器，包括權利要求1到9之一的可編程光脈沖延時器；連接所述2X1耦合器⑴的第一端口㈧的電/光轉換器；連接所述光纖環(huán)行器(2)的第三端口(E)的光/電轉換器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可編程光脈沖延時器及電脈沖延時器，該可編程光脈沖延時器包括2×1的耦合器(1)、光纖環(huán)行器(2)、2×2的耦合器(3)和相位調制器(4)；其中，所述2×1耦合器(1)的第一端口(A)用于接收輸入的光脈沖，所述光纖環(huán)行器(2)的第三端口(E)用于輸出延時的光脈沖；所述相位調制器(4)加調制電壓改變通過的光脈沖的相位，并通過干涉原理改變光脈沖行走的路徑，使其在環(huán)路中循環(huán)而達到延時目的。本發(fā)明提供的可編程光脈沖延時器結構簡單，便于集成，由于所有器件均為光通信中的標準光纖器件，可以通過光集成技術將其集成在一個很小的封裝中；控制簡單方便，僅通過簡單的控制在相位調制器上加調制電壓的次數(shù)，便可以實現(xiàn)可編程的光延時輸出。結合電光和光電轉換，可以利用光延時來擴展電延時的范圍。
文檔編號H03K3/42GK101866091SQ200910082400
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權日2009年4月15日
發(fā)明者吳令安, 趙建領 申請人:中國科學院物理研究所