專利名稱：全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)多采用光強調(diào)制的原理，不利于消除電磁干擾和強輻射對系統(tǒng)的影響，保密性仍有待于提高。傳統(tǒng)的光強調(diào)制的主線光纖通信，利用光纖微彎時產(chǎn)生的光強泄露或直接接入光強探測器，獲得經(jīng)聲音調(diào)制后的光強信號，從而還原出語音信號，造成信號的失密。有待于開發(fā)一種利用光頻率調(diào)制的方法，全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)保密通信的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種采取單芯雙向傳輸結(jié)構(gòu)、保密性強的用于語音信號雙向傳輸?shù)娜饫w單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的一種全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，由兩組相對稱的激光器、全光纖受話器、全光纖干涉裝置、音頻信號播放設(shè)備組成，其特征在于全光纖干涉裝置由3×3單模耦合器12與2×2單模耦合器13、14聯(lián)組成，且兩耦合器的一臂均接入光纖延遲線圈15，激光器16發(fā)出的光經(jīng)3×3單模耦合器12的端口1，進入耦合器13、14，通過主線傳輸光纖21，到達(dá)全光纖受話器19*，經(jīng)全光纖受話器19*一端的反射，反射光依次經(jīng)過主線傳輸光纖21的傳輸，并經(jīng)過耦合器14、13、12，在耦合器12的端口2、3處輸出干涉信號，干涉信號傳輸?shù)焦怆娞綔y器17、18，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電探測器17、18后連接音頻信號播放設(shè)備，即可還原出音頻信號；反之，另一組傳輸過程依然，系統(tǒng)為單芯傳輸。
本發(fā)明中，傳輸光纖可以采用單模光纖。
本發(fā)明中，全光纖受話器的端面鍍膜，可以實現(xiàn)單芯傳輸。
本發(fā)明中，激光器為工作波長1.31μm的SLD超輻射發(fā)光二極管或LD激光二極管。
本發(fā)明運用全光通信概念，利用全光纖話筒的彈光效應(yīng)，實現(xiàn)語音信號的錄入，而非傳統(tǒng)的光強調(diào)制。
以為全光纖受話器19*，全光纖音頻信號解調(diào)系統(tǒng)20的傳輸過程為例，激光的傳播路線可以為
(1)端口1-耦合器12-端口4-光纖延遲器15-端口6-耦合器13-端口8-端口9-耦合器14-端口11-耦合器14*-耦合器10*-全光纖受話器19*-耦合器10*-耦合器10*-耦合器14*-端口11-耦合器14-端口9-端口8-耦合器13-端口6-光纖延遲器15-端口4-耦合器12-端口2。
(2)端口1-耦合器12-端口5-端口7-耦合器13-端口8-端口9-耦合器14-端口11-耦合器14*-耦合器10*-全光纖受話器19*-耦合器10*-耦合器14*-端口11-耦合器14-耦合器9-端口8-耦合器13-端口7-端口5-耦合器12-端口3。
(3)端口1-耦合器12-端口4-15-端口6-耦合器-13-端口8-端口9-耦合器14-端口11-耦合器14*-耦合器10*-全光纖受話器19*-耦合器10*-耦合器14*-端口11-耦合器14-耦合器9-端口8-耦合器13-端口7-端口5-12-端口3。
(4)端口1-耦合器12-端口5-端口7-耦合器13-端口8-端口9-耦合器14-端口11-耦合器14*-耦合器10*-全光纖受話器19*-耦合器10*-耦合器10*-耦合器14*-端口11-耦合器14-端口9-端口8-耦合器13-端口6-15-端口4-耦合器12-端口2。
在光的傳輸過程中，只有滿足(1)式，才可形成穩(wěn)定的干涉。
ΔL＜L0(1)ΔL為光程差，L0為激光的相干長度。四束光中，由于光纖延遲線的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光器的相干長度，所以，僅有(3)和(4)符合條件(1)。(1)(2)兩束光不會發(fā)生干涉。
利用混頻原理來解釋此發(fā)明的解調(diào)原理。此系統(tǒng)利用光纖耦合器等無源器件實現(xiàn)光波的混頻干涉功能，即光信號的差頻原理。通過兩束攜帶有音頻信號的光信號混頻干涉，完成音頻信號的解調(diào)。
如圖3所示，f1，f2可表示為兩束相干光的頻率，f1可表示為，f1＝f0+F(t) (2)式中的F(t)表示聲波在時刻t時的頻率，f0為載波(光波)頻率。
另一相干光的頻率f2可表示為f2＝f0+F(t-τ) (3)上式中，F(xiàn)(t-τ)表示聲波在時刻t-τ時的頻率。
利用式(2)(3)，將差頻信號f可表示為f＝f1-f2＝F(t)-F(t-τ) (4)
根據(jù)光波的多譜勒頻移原理，光波的頻移F(t)與其引起相位變化的外界擾動源速度V(t)成正比，即有F(t)=1λV(t)---(5)]]>混頻后信號的相位差φ(t)在時間上表現(xiàn)為頻率的積分φ(t)=2π∫0tfdt=2π∫0t[F(t)-F(t-τ)]dt=2π∫0t1λ[V(t)-V(t-τ)]dt]]>(6)利用數(shù)學(xué)變換關(guān)系，上式可表示為φ(t)=2πλ∫t-τtV(t)dt=2πτλV(t-τ2)---(7)]]>假設(shè)探測器所接收的一束光的幅度為E(t)，兩束光初始相位差為φ0，因混頻產(chǎn)生的相位差為φ，則另一束光的幅度為E′(t)=E(t)e-j(φ+φ0)---(8)]]>于是探測器的信號強度為P(t)=|E(t)+E′(t)|2=|E(t)|2|1+e-j(φ+φ0)|2=|E(t)|2[2+2cos(φ+φ0)]]]>換成用V(t)表示，并作泰勒展開得P(t)=|E(t)|2{2+2cos[2πτλV(t-τ2)+φ0]}]]>=|E(t)|2[2+2cosφ0-2sinφ0·2πτλV(t-τ2)]]]>=2|E(t)|2[1+cosφ0-2πτsinφ0λV(t-τ2)]]]>E(t)可以調(diào)制，使之恒定，這樣實質(zhì)上就完成了P-V的轉(zhuǎn)換，即通過此裝置將V(t)還原。V(t)代表聲源的震動，與聲壓成正比，即可還原出聲音。
本發(fā)明的突出優(yōu)點是具有很強的保密性。傳統(tǒng)的光強調(diào)制的主線光纖通信，可利用光纖微彎時產(chǎn)生的光強泄露或直接接入光強探測器，獲得經(jīng)聲音調(diào)制后的光強信號，從而還原出語音信號，造成信號的失密。本發(fā)明是一種全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，其全光纖干涉裝置20、20*及全光纖受話器19、19*均處于通信線路的終端，不易失密。對于主線傳輸光纖21，由于系統(tǒng)采用單芯、受話器端面鍍膜的新型結(jié)構(gòu)，傳輸光纖內(nèi)已調(diào)制信息與未調(diào)制信息揉和在一起，即使提取，也不能對此兩路信號進行分離，所以對主線光纖21長度較短，使得在主線傳輸線21中竊取的信號進行還原時所需構(gòu)造的相同干涉系統(tǒng)無法實現(xiàn)，進一步增加了系統(tǒng)的保密性。
全光纖語音傳輸系統(tǒng)在野戰(zhàn)通訊、軍事保密、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)完整的再現(xiàn)了全光通信原理，利用光彈效應(yīng)原理實現(xiàn)音頻信號的錄入，省去了傳統(tǒng)光纖語音傳輸系統(tǒng)中光電轉(zhuǎn)換的步驟，有利于消除電磁干擾和強輻射對系統(tǒng)的影響；最重要的是由于本系統(tǒng)采用了單芯傳輸以及全光纖話筒端面鍍膜的結(jié)構(gòu)，使其具有很強的保密性。因此，本發(fā)明可用于野戰(zhàn)音頻的點對點通信及相關(guān)保密通信領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)裝置圖。
圖3是端面鍍膜的全光纖受話器示意圖。
圖4是混頻原理框圖。
圖5是原始聲音信號曲線與經(jīng)過單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)后所還原出的語音信號曲線的對比圖。圖中標(biāo)號12、12*為3×3單模耦合器，13、13*為2×2單模耦合器，14、14*為2×2單模耦合器，1-5、1*-5*分別為耦合器12、12*的輸入、輸出端口，6-8、6*-8*為耦合器13、13*的輸入、輸出端口，9-11、9*-11*為耦合器14、14*的輸入、輸出端口，15、15*為光纖延遲線圈，16、16*為激光器，17、17*為光電探測器，18、18*為光電探測器，19、19*為全光纖受話器，20、20*為全光纖干涉裝置，21為主傳輸光纖，22、22*為音頻信號輸出子結(jié)構(gòu)，23為話筒鍍膜端示意。24為通過系統(tǒng)傳輸還原后的語音信號曲線，25為原始語音信號曲線。
具體實施例方式
實施例下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
在本實施例中，采用光源是四十四所生產(chǎn)的SLD超輻射發(fā)光二極管穩(wěn)定光源(16)，用跳線(FC/APC)連接進入武漢郵電研究院生產(chǎn)的3*3單模耦合器(12)，光纖耦合器(12)與延遲線圈(15)之間，(15)與2*2單模耦合器(13)之間也采用跳線連接，5與7、8與9均用日本古河生產(chǎn)的光纖融接機融接，2*2單模耦合器(14)與全光纖受話器(19)之間也用跳線連接。其中光電探測器為電子部44所生產(chǎn)的型號為GT322C500的InGaAs光電探測器，探測器(17)、(18)與耦合器(12)之間也為跳線連接。下端20*，22*，16*，19*模塊的連接如上述相同。所用的光纖為美國生產(chǎn)的“康寧”G652型單模光纖。傳輸信號為語音信號。
系統(tǒng)中，(20)構(gòu)成了語音信號的解調(diào)模塊，即全光纖干涉模塊，19為語音信號的調(diào)制模塊，兩套對稱的調(diào)制與解調(diào)模塊組合在一起，并利用上面所列的器件與構(gòu)成方式，構(gòu)造出圖2所示的全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)。原始語音信號與通過此系統(tǒng)還原后的信號曲線對比如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種全光纖單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，由兩組相對稱的激光器、全光纖受話器、全光纖干涉裝置、音頻信號播放設(shè)備組成，其特征在于全光纖干涉裝置由3×3單模耦合器(12)與2×2單模耦合器串聯(lián)(13)、(14)組成，且兩耦合器的一臂均接入光纖延遲線圈(15)；激光器(16)發(fā)出的光經(jīng)3×3單模耦合器(12)的端口(1)，進入耦合器(13)、(14)，通過主線傳輸光纖(21)，到達(dá)全光纖受話器(19*)，經(jīng)過全光纖受話器(19*)一端的反射，反射光依次經(jīng)過主線傳輸光纖(21)的傳輸，并經(jīng)過耦合器(14)、(13)、(12)，在耦合器(12)的端口(2)、(3)處輸出干涉信號，干涉信號傳輸?shù)焦怆娞綔y器(17)、(18)，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，光電探測器后連接音頻信號播放設(shè)備，即可還原出音頻信號；反之，另一組傳輸過程依然，系統(tǒng)為單芯傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，其特征在于傳輸光纖為單模光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，其特征在于全光纖受話器的端面鍍膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯雙向語音傳輸系統(tǒng)，其特征是采用的激光器為工作波長1.31μm的SLD超輻射發(fā)光二極管或LD激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明為全光纖單芯雙向語音信號傳輸系統(tǒng)，它能實現(xiàn)點對點語音信號的保密通信。現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)多采用光強調(diào)制的原理，保密性仍有待于提高。本發(fā)明主要由激光器、全光纖干涉裝置、全光纖受話器與語音信號播放設(shè)備組成。本系統(tǒng)利用光頻率調(diào)制的方法，在全光纖受話器端面鍍膜，實現(xiàn)單芯傳輸，保證了信號傳輸?shù)谋Ｃ苄浴＜す饨?jīng)過耦合器分光，鍍膜層的反射，進行語音信號的提取與解調(diào)，在全光纖干涉裝置后端形成穩(wěn)定的干涉條紋，通過光電轉(zhuǎn)換與音頻信號播放設(shè)備，將音頻信號還原成聲音，實現(xiàn)保密通信的功能，可用于點對點的野戰(zhàn)音頻通信。
文檔編號H04B10/12GK1645772SQ200510023479
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月20日
發(fā)明者賈波, 蘇珂, 章驊, 唐璜 申請人:復(fù)旦大學(xué)