CN109520533A - 基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置及方法，该装置包括依次相连接的激光二极管、电光调制器、光纤环微波光子滤波器、光电探测器以及电功率计，以及与电光调制器相连接的信号源，以及解调器；该装置通过采用光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波滤波器的通带中心频率变化量，从而实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了解调***的成本和复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感解调技术领域，特别涉及一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置及方法。
背景技术
光纤光栅是一种无源滤波器件，具有体积小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，且其谐波波长对温度、应变物理量等外界环境因素的变化较为敏感，在传感领域得到了广泛应用。
传统的光纤光栅解调方法常采用光学滤波器解调方法，如可调谐F-P滤波法、非平衡M-Z光纤干涉仪法及匹配光栅法等。而这些方法或对光学滤波器的性能要求较高，或需要较多的光学滤波器，使得其成本高、结构复杂，大大增加了实用化的难度。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，利用基于啁啾光纤光栅的光纤环微波光子滤波器的频率响应特性，将传感啁啾光纤光栅随外界参量的波长变化量转化为微波光子滤波器通带中心频率的变化量，从而实现低成本、高精度的啁啾光纤光栅波长解调。
本发明的第二个目的在于提出一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，该光纤环微波光子滤波器包括光纤耦合器、光环形器和传感啁啾光纤光栅，该光纤光栅解调装置包括：激光二极管，所述激光二极管用于发射激光；电光调制器、信号源和光电探测器，所述电光调制器的光输入端与所述激光二极管的输出端相连，所述电光调制器的电驱动端与所述信号源相连，所述电光调制器用于根据所述信号源发射的射频信号对所述激光进行调制，以输出调制光，其中，所述光纤耦合器将所述调制光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分调制光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并将所述调制光中的另一部分耦合到所述光电探测器，所述传感啁啾光纤光栅对所述一部分调制光进行反射，并通过所述光环形器将反射光传输给所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述反射光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分反射光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并将所述反射光中的另一部分耦合到所述光电探测器，如此类推；所述光电探测器，用于对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号；电功率计，所述电功率计的输入端与所述光电探测器的输出端相连，所述电功率计用于测量所述电信号的功率；解调器，所述解调器用于扫描所述信号源所发射的射频信号频率，并根据所述电功率计测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据所述最大功率对应的射频信号频率解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化。
根据本发明实施例提供的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，通过激光二极管发射激光，然后采用电光调制器根据信号源发射的射频信号对激光进行调制，输出调制光，再通过光纤耦合器将调制光中的一部分耦合到光环形器，并通过光环形器将一部分调制光传输给传感啁啾光纤光栅，并将调制光中的另一部分耦合到光电探测器，传感啁啾光纤光栅对一部分调制光进行反射，并通过光环形器将反射光传输给光纤耦合器，光纤耦合器将反射光中的一部分再耦合到光环形器，以通过光环形器将一部分反射光传输给传感啁啾光纤光栅，并将反射光中的另一部分耦合到光电探测器，如此类推，从而通过光电探测器对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号，再通过电功率计测量电信号的功率，最后通过解调器扫描信号源所发射的射频信号频率，并根据电功率计测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅的波长变化。由此，本发明基于光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波光子滤波器的通带中心频率变化量，从而将传感啁啾光纤光栅的波长变化解调出来，能够实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了传统解调***的成本和复杂度。
另外，根据本发明上述实施例提出的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述光纤环微波光子滤波器还包括光纤放大器，所述光纤放大器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光纤放大器的输出端与所述光环形器的第一端相连，所述光环形器的第二端与所述传感啁啾光纤光栅，所述光环形器的第三端与所述光纤耦合器的第一输入端相连，其中，所述光纤耦合器的第二输入端与所述电光调制器的光输出端相连，所述光纤耦合器的第二输出端与所述光电探测器的输入端相连，所述光纤放大器用于对进入光纤环的光进行放大以补偿所述光纤耦合器的功率损耗。
上述光纤环微波光子滤波器通过引入光纤放大器用以补偿光纤耦合器的耦合损耗，获得窄带的微波滤波通带响应，实现了高分辨率的传感解调。
可选地，所述调制光中的一部分为所述调制光的50％，所述调制光中的另一部分为所述调制光的50％，所述反射光中的一部分为所述反射光的50％，所述反射光中的另一部分为所述反射光的50％。
可选地，所述激光的波长位于所述传感啁啾光纤光栅的反射带内。
可选地，所述解调器根据以下公式解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化：
f'＝kc/n(L+Δz)
其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为所述光纤环微波光子滤波器的光纤环路长度，k为整数，Δz＝Δλ/D，Δλ为传感啁啾光纤光栅的波长变化，D为所述传感啁啾光纤光栅的啁啾率，f′为所述最大功率对应的射频信号频率。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，该光纤环微波光子滤波器包括光纤耦合器、光环形器和传感啁啾光纤光栅，该光纤光栅解调方法包括以下步骤：通过激光二极管发射激光；根据信号源发射的射频信号对所述激光进行调制，以输出调制光；通过光纤耦合器将所述调制光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分调制光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并通过所述光纤耦合器将所述调制光中的另一部分耦合到光电探测器，其中，通过所述传感啁啾光纤光栅对所述一部分调制光进行反射，并通过所述光环形器将反射光传输给所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述反射光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分反射光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并将所述反射光中的另一部分耦合到所述光电探测器，如此类推；通过所述光电探测器对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号，并测量所述电信号的功率；扫描所述信号源所发射的射频信号频率，并根据测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据所述最大功率对应的射频信号频率解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化。
根据本发明实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，首先通过激光二极管发射激光，再根据信号源发射的射频信号对激光进行调制，以输出调制光，然后通过光纤耦合器将调制光中的一部分耦合到光环形器，以通过光环形器将一部分调制光传输给传感啁啾光纤光栅，并通过光纤耦合器将调制光中的另一部分耦合到光电探测器，其中，通过传感啁啾光纤光栅对一部分调制光进行反射，并通过光环形器将反射光传输给光纤耦合器，光纤耦合器将反射光中的一部分耦合到光环形器，以通过光环形器将一部分反射光传输给传感啁啾光纤光栅，并将反射光中的另一部分耦合到光电探测器，如此类推，这样通过光电探测器对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号，并测量电信号的功率，最后扫描信号源所发射的射频信号频率，并根据测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅的波长变化。由此，本发明基于光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波光子滤波器的通带中心频率变化量，从而将传感啁啾光纤光栅的波长变化解调出来，能够实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了传统光纤光栅解调时的成本和复杂度。
另外，根据本发明上述实施例提出的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述光纤环微波光子滤波器还包括光纤放大器，所述光纤放大器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光纤放大器的输出端与所述光环形器的第一端相连，所述光环形器的第二端与所述传感啁啾光纤光栅，所述光环形器的第三端与所述光纤耦合器的第一输入端相连，所述光纤耦合器的第二输入端与所述电光调制器的光输出端相连，所述光纤耦合器的第二输出端与所述光电探测器的输入端相连，其中，通过所述光纤放大器对进入光纤环的光进行放大以补偿所述光纤耦合器的功率损耗。
上述光纤环微波光子滤波器通过光纤放大器对进入光纤环的光进行放大，以补偿光纤耦合器的耦合损耗，获得窄带的微波滤波通带响应，从而实现了高分辨率的传感解调。
可选地，所述调制光中的一部分为所述调制光的50％，所述调制光中的另一部分为所述调制光的50％，所述反射光中的一部分为所述反射光的50％，所述反射光中的另一部分为所述反射光的50％。
可选地，所述激光的波长位于所述传感啁啾光纤光栅的反射带内。
可选地，该基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法根据以下公式解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化：
f'＝kc/n(L+Δz)
其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为所述光纤环微波光子滤波器的光纤环路长度，k为整数，Δz＝Δλ/D，Δλ为传感啁啾光纤光栅的波长变化，D为所述传感啁啾光纤光栅的啁啾率，f′为所述最大功率对应的射频信号频率。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
相关技术中的光纤光栅解调方法常采用光学滤波器解调方法，如可调谐F-P滤波法，非平衡M-Z光纤干涉仪法及匹配光栅法等，而采用这些方法或者对光学滤波器的性能要求较高，或者需要较多的光学滤波器，不仅成本较高，而且解调***结构复杂，比较难实用化。而本发明基于光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波光子滤波器的通带中心频率变化量，从而将传感啁啾光纤光栅的波长变化解调出来，能够实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了传统光纤光栅解调时的成本和复杂度。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为根据本发明一个实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置的结构示意图。如图1所示，该光纤环微波光子滤波器10包括光纤耦合器4、光环形器6和传感啁啾光纤光栅7。该基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置包括：激光二极管1、电光调制器2、信号源3、光电探测器8以及电功率计9、解调器(图中未示出)。
其中，激光二极管1用于发射激光。光调制器2的光输入端与激光二极管1的输出端相连接，电光调制器2的电驱动端与信号源3相连接，电光调制器2用于根据信号源3发射的射频信号对激光进行调制，以输出调制光；光纤耦合器4将调制光中的一部分耦合到光环形器6，以通过光环形器6将一部分调制光传输给传感啁啾光纤光栅7，并将调制光中的另一部分耦合到光电探测器8，而传感啁啾光纤光栅7对一部分调制光进行反射，并通过光环形器6将反射光传输给光纤耦合器4，光纤耦合器4将反射光中的一部分耦合到光环形器6，以通过光环形器6将一部分反射光传输给传感啁啾光纤光栅7，并将反射光中的另一部分耦合到光电探测器8，而传感啁啾光纤光栅7对一部分反射光进行再次反射，并通过光环形器6将再次反射光传输给光纤耦合器4，光纤耦合器4将再次反射光中的一部分耦合到光环形器6，以通过光环形器6将一部分再次反射光传输给传感啁啾光纤光栅7，并将再次反射光中的另一部分耦合到光电探测器8，如此类推，以便光电探测器8用于对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号。电功率计9的输入端与光电探测器8的输出端相连，电功率计9用于测量电信号的功率；解调器用于扫描信号源3所发射的射频信号频率，并根据电功率计测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅7的波长变化。
在本发明的实施例中，当外界传感参量变化时，传感啁啾光纤光栅7的反射带波长会随之发生改变，从而激光二极管发射的激光波长对应在传感啁啾光纤光栅7中的反射位置会发生变化，使得微波光子滤波器的通带中心频率发生变化。其中，当微波光子滤波器的通带中心频率与信号源所发射的射频信号频率相等时，电功率计9测量的电信号的功率最大，从而通过测量的电信号的最大功率来获取对应的射频信号频率，就能根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅7的波长变化。
因此，本发明实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，基于光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波光子滤波器的通带中心频率变化量，从而将传感啁啾光纤光栅的波长变化解调出来，能够实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了传统光纤光栅解调时的成本和复杂度。
具体地，根据本发明的一个实施例，如图1所示，光纤环微波光子滤波器10还包括光纤放大器5，光纤放大器5的输入端与光纤耦合器4的第一输出端O1相连，光纤放大器5的输出端与光环形器6的第一端相连，光环形器6的第二端与传感啁啾光纤光栅7相连，光环形器6的第三端与光纤耦合器4的第一输入端I1相连，其中，光纤耦合器4的第二输入端I2与电光调制器2的光输出端相连，光纤耦合器4的第二输出端O2与光电探测器8的输入端相连，光纤放大器5用于对进入光纤环的光进行放大以补偿光纤耦合器的功率损耗。
其中，作为一个实施例，所述调制光中的一部分为所述调制光的50％，所述调制光中的另一部分为所述调制光的50％，所述反射光中的一部分为所述反射光的50％，所述反射光中的另一部分为所述反射光的50％。
具体地，如图1所示，激光二极管1发射出波长为λ0的激光，光调制器2根据信号源3发射的射频信号对激光二极管1发射出的激光进行调制，以输出调制光；调制光50％由3dB四端口的光纤耦合器4的第二输入端I2耦合到耦合比为3dB四端口的光纤耦合器4的第一输出端O1，并进入光纤环；另外50％直接耦合到3dB四端口的光纤耦合器4的第二输出端O2；进入光纤环的调制光经光纤放大器5放大补偿光纤耦合器的功率损耗，再经过三端口光环形器6到达传感啁啾光纤光栅7，激光二极管1的波长λ0位于传感啁啾光纤光栅7的反射带内；调制光经传感啁啾光纤光栅7反射后再经过光环形器6到3-dB四端口光纤耦合器4，其中该反射光的50％从3-dB四端口光纤耦合器的第一输入端I1耦合到第二输出端O2，进入光电探测器8，另外50％的反射光再次耦合到第一输出端O1进入光纤环；进入光纤环的反射光经光纤放大器5放大补偿光纤耦合器的功率损耗，再经过三端口光环形器6到达传感啁啾光纤光栅7，而传感啁啾光纤光栅7对50％反射光进行再次反射，并通过光环形器6将再次反射光传输给光纤耦合器4，光纤耦合器4将再次反射光中的50％耦合到光环形器6，以通过光环形器6将50％再次反射光传输给传感啁啾光纤光栅7，并将再次反射光中的另外50％耦合到光电探测器8，如此类推，以便光电探测器8用于对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号。电功率计9的输入端与光电探测器8的输出端相连，电功率计9用于测量电信号的功率；解调器用于扫描信号源3所发射的射频信号频率，并根据电功率计测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅7的波长变化。
作为一个实施例，经过光纤环多次反射耦合的光进入光电探测器8，得到的微波信号滤波器的第k个通带中心频率为：
f＝kc/nL
其中n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为光纤环路长度，k为整数。
当外界传感参量变化时，光纤环中啁啾光纤光栅的反射带波长会随之发生改变，其改变化为Δλ，则激光二极管的波长λ0对应在啁啾光纤光栅中的反射位置会发生变化，其变化量可以表示为Δz＝Δλ/D，其中D为啁啾光纤光栅的啁啾率。此时，第k个通带中心频率变化为：
f'＝kc/n(L+Δz)
将一定频率范围(f1～f2，大于光纤环微波光子滤波器的自由频谱范围)的射频信号调制到调制器，通过电功率计9测量光电探测器8上检测到的电信号功率的最大值处的信号频率，即可解调出传感啁啾光纤光栅的波长变化。
因此，本发明实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，基于光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波光子滤波器的通带中心频率变化量，从而将传感啁啾光纤光栅的波长变化解调出来，能够实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了传统光纤光栅解调时的成本和复杂度；同时，通过在光纤环微波光子滤波器中引入光纤放大器用以补偿光纤耦合器的耦合损耗，获得窄带的微波滤波通带响应，实现了高分辨率的传感解调。
图2为根据本发明实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法的流程示意图。如图2所示，该基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法包括以下步骤：
步骤101，通过激光二极管发射激光。
步骤102，根据信号源发射的射频信号对激光进行调制，以输出调制光。
也就是说，激光二极管发射波长为λ0的激光被信号源发射的射频信号调制后输出调制光。
步骤103，通过光纤耦合器将调制光中的一部分耦合到光环形器，以通过光环形器将一部分调制光传输给传感啁啾光纤光栅，并通过光纤耦合器将所述调制光中的另一部分耦合到光电探测器，其中，通过传感啁啾光纤光栅对一部分调制光进行反射，并通过光环形器将反射光传输给光纤耦合器，光纤耦合器将反射光中的一部分耦合到光环形器，以通过光环形器将一部分反射光传输给传感啁啾光纤光栅，并将反射光中的另一部分耦合到光电探测器，如此类推。
作为一个实施例，上述调制光中的一部分为调制光的50％，调制光中的另一部分为调制光的50％，反射光中的一部分为反射光的50％，反射光中的另一部分为反射光的50％。
作为一个实施例，上述激光的波长λ0位于传感啁啾光纤光栅7的反射带内。
步骤104，通过光电探测器对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号，并测量电信号的功率。
步骤105，扫描信号源所发射的射频信号频率，并根据测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅的波长变化。
作为一个实施例，经过光纤环多次反射耦合的光进入光电探测器8，得到的微波信号滤波器的第k个通带中心频率为：
f＝kc/nL
其中n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为光纤环路长度，k为整数。
当外界传感参量变化时，光纤环中啁啾光纤光栅的反射带波长会随之发生改变，其改变化为Δλ，则激光二极管的波长λ0对应在啁啾光纤光栅中的反射位置会发生变化，其变化量可以表示为Δz＝Δλ/D，其中D为啁啾光纤光栅的啁啾率。此时，第k个通带中心频率变化为：
f'＝kc/n(L+Δz)
将一定频率范围(f1～f2，大于光纤环微波光子滤波器的自由频谱范围)的射频信号调制到调制器，通过电功率计9测量光电探测器8上检测到的电信号功率的最大值处的信号频率，即可解调出传感啁啾光纤光栅的波长变化。
需要说明的是，当外界传感参量变化时，传感啁啾光纤光栅的反射带波长会随之发生改变，从而激光二极管发射的激光波长对应在传感啁啾光纤光栅中的反射位置会发生变化，使得微波光子滤波器的通带中心频率发生变化。其中，当微波光子滤波器的通带中心频率与信号源所发射的射频信号频率相等时，电功率计测量的电信号的功率最大，从而通过测量的电信号的最大功率来获取对应的射频信号频率，就能根据最大功率对应的射频信号频率解调出传感啁啾光纤光栅的波长变化。
由此，本发明基于光纤环微波光子滤波器结构，利用其对一定频率的电信号的滤波作用，将传感啁啾光纤光栅的波长漂移量转换为微波光子滤波器的通带中心频率变化量，从而将传感啁啾光纤光栅的波长变化解调出来，能够实现低成本高精度的啁啾光纤光栅波长解调，大大降低了传统光纤光栅解调时的成本和复杂度。
作为一个实施例，光纤环微波光子滤波器还包括光纤放大器，光纤放大器的输入端与光纤耦合器的第一输出端相连，光纤放大器的输出端与光环形器的第一端相连，光环形器的第二端与传感啁啾光纤光栅相连接，光环形器的第三端与光纤耦合器的第一输入端相连，光纤耦合器的第二输入端与电光调制器的光输出端相连，光纤耦合器的第二输出端与光电探测器的输入端相连，其中，通过光纤放大器对进入光纤环的光进行放大以补偿光纤耦合器的功率损耗。
根据本发明实施例的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，通过在光纤环微波光子滤波器加入光纤放大器对进入光纤环的光进行放大，以补偿光纤耦合器的耦合损耗，获得窄带的微波滤波通带响应，从而实现了高分辨率的传感解调。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，其特征在于，所述光纤环微波光子滤波器包括光纤耦合器、光环形器和传感啁啾光纤光栅，所述光纤光栅解调装置包括：
激光二极管，所述激光二极管用于发射激光；
电光调制器、信号源和光电探测器，所述电光调制器的光输入端与所述激光二极管的输出端相连，所述电光调制器的电驱动端与所述信号源相连，所述电光调制器用于根据所述信号源发射的射频信号对所述激光进行调制，以输出调制光，其中，所述光纤耦合器将所述调制光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分调制光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并将所述调制光中的另一部分耦合到所述光电探测器，所述传感啁啾光纤光栅对所述一部分调制光进行反射，并通过所述光环形器将反射光传输给所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述反射光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分反射光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并将所述反射光中的另一部分耦合到所述光电探测器，如此类推；
所述光电探测器，用于对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号；
电功率计，所述电功率计的输入端与所述光电探测器的输出端相连，所述电功率计用于测量所述电信号的功率；
解调器，所述解调器用于扫描所述信号源所发射的射频信号频率，并根据所述电功率计测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据所述最大功率对应的射频信号频率解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化。
2.如权利要求1所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，其特征在于，所述光纤环微波光子滤波器还包括光纤放大器，所述光纤放大器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光纤放大器的输出端与所述光环形器的第一端相连，所述光环形器的第二端与所述传感啁啾光纤光栅，所述光环形器的第三端与所述光纤耦合器的第一输入端相连，其中，所述光纤耦合器的第二输入端与所述电光调制器的光输出端相连，所述光纤耦合器的第二输出端与所述光电探测器的输入端相连，所述光纤放大器用于对进入光纤环的光进行放大以补偿所述光纤耦合器的功率损耗。
3.如权利要求2所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，其特征在于，所述调制光中的一部分为所述调制光的50％，所述调制光中的另一部分为所述调制光的50％，所述反射光中的一部分为所述反射光的50％，所述反射光中的另一部分为所述反射光的50％。
4.如权利要求1-3中任一项所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，其特征在于，所述激光的波长位于所述传感啁啾光纤光栅的反射带内。
5.如权利要求4所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调装置，其特征在于，所述解调器根据以下公式解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化：
f'＝kc/n(L+Δz)
其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为所述光纤环微波光子滤波器的光纤环路长度，k为整数，Δz＝Δλ/D，Δλ为传感啁啾光纤光栅的波长变化，D为所述传感啁啾光纤光栅的啁啾率，f′为所述最大功率对应的射频信号频率。
6.一种基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，其特征在于，所述光纤环微波光子滤波器包括光纤耦合器、光环形器和传感啁啾光纤光栅，所述光纤光栅解调方法包括以下步骤：
通过激光二极管发射激光；
根据信号源发射的射频信号对所述激光进行调制，以输出调制光；
通过光纤耦合器将所述调制光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分调制光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并通过所述光纤耦合器将所述调制光中的另一部分耦合到光电探测器，其中，通过所述传感啁啾光纤光栅对所述一部分调制光进行反射，并通过所述光环形器将反射光传输给所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述反射光中的一部分耦合到所述光环形器，以通过所述光环形器将一部分反射光传输给所述传感啁啾光纤光栅，并将所述反射光中的另一部分耦合到所述光电探测器，如此类推；
通过所述光电探测器对多次耦合进来的光进行恢复以获得电信号，并测量所述电信号的功率；
扫描所述信号源所发射的射频信号频率，并根据测量的电信号的最大功率获取对应的射频信号频率，以及根据所述最大功率对应的射频信号频率解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化。
7.如权利要求6所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，其特征在于，所述光纤环微波光子滤波器还包括光纤放大器，所述光纤放大器的输入端与所述光纤耦合器的第一输出端相连，所述光纤放大器的输出端与所述光环形器的第一端相连，所述光环形器的第二端与所述传感啁啾光纤光栅，所述光环形器的第三端与所述光纤耦合器的第一输入端相连，所述光纤耦合器的第二输入端与所述电光调制器的光输出端相连，所述光纤耦合器的第二输出端与所述光电探测器的输入端相连，其中，
通过所述光纤放大器对进入光纤环的光进行放大以补偿所述光纤耦合器的功率损耗。
8.如权利要求7所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，其特征在于，所述调制光中的一部分为所述调制光的50％，所述调制光中的另一部分为所述调制光的50％，所述反射光中的一部分为所述反射光的50％，所述反射光中的另一部分为所述反射光的50％。
9.如权利要求6-8中任一项所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，其特征在于，所述激光的波长位于所述传感啁啾光纤光栅的反射带内。
10.如权利要求9所述的基于光纤环微波光子滤波器的光纤光栅解调方法，其特征在于，根据以下公式解调出所述传感啁啾光纤光栅的波长变化：
f'＝kc/n(L+Δz)
其中，n为光纤折射率，c为真空中的光速，L为所述光纤环微波光子滤波器的光纤环路长度，k为整数，Δz＝Δλ/D，Δλ为传感啁啾光纤光栅的波长变化，D为所述传感啁啾光纤光栅的啁啾率，f′为所述最大功率对应的射频信号频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Jiangxing Inventor after: Wang Hua Inventor after: Xiao Ziyang Inventor after: Yin Fang Inventor after: Chen Chenyang Inventor before: Chen Jiangxing Inventor before: Wang Hua Inventor before: Xiao Ziyang Inventor before: Yin Fang Inventor before: Chen Chenyang Inventor before: Fu Hongyan |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |