一种分波延时及预加重模块的制作方法

1.本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种分波延时及预加重模块。


背景技术：

2.光纤水听器是以光纤为信号传输和传感介质的新型水声传感器，可高灵敏度地探测海洋声场信息，并通过水声信号处理实现水下/水面目标侦测、地震预测、海洋资源勘探和海洋声场信息监测等功能。由于采用光纤作为信息载体，光纤水听器适宜大规模组阵和远距离传输。
3.光纤水听器阵列通常采用时分、波分和空分的混合复用方式，但随着海底岸基固定式光纤阵列朝着超大规模、超远距离的方向发展，阵列通常采用多时分、多波分、少空分的混合复用方式，减少远距离传输光缆纤对数，降低系统复杂度和成本。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种分波延时及预加重模块，使得使用该模块的光发射装置输出光信号能够同时满足多波长、高光功率、高光信噪比、高输出光功率稳定性、分波长光功率监测、放大和远距离传输过程中线性和非线性噪声抑制及分波长光功率预加重。
5.根据本实用新型的一个方面，提供了一种分波延时及预加重模块，包括：多波长脉冲输入端、波长下载支路、功率监测支路、功率调整支路、功率控制模块、波长上载支路和多波长脉冲输出端。所述波长下载支路通过光纤与所述多波长脉冲输入端连接，所述功率监测支路通过光纤与所述波长下载支路连接，与所述功率控制模块的多波长功率监测端物理连接，所述功率调整支路通过光纤与所述功率监测支路连接，与功率控制模块的多波长功率控制端物理连接，所述波长上载支路通过光纤与所述功率调整支路连接，所述多波长脉冲输出端通过光纤与所述波长上载支路连接。
6.其中，所述波长下载支路包括n个分波器、n-1个光纤延时环；所述功率监测支路包括n个光耦合器，其中，n为大于1的自然数。所述分波器包括宽带光输入端口、窄带光下载端口和宽带光输出端口，所述光耦合器包括光输入端口，第i个分波器的宽带光输出端口通过第i个光纤延时环与第i 1个分波器的宽带光输入端口连接；第1个分波器的宽带光输入端口通过光纤与所述多波长脉冲输入端连接，第i个分波器的窄带光下载端口通过光纤与第i个光耦合器的光输入端口连接。
7.其中，所述光耦合器还包括第一光输出端口和第二光输出端口。所述功率监测支路还包括n个光电探测器，所述光电探测器包括光输入端口和电输出端口，所述功率调整支路包括n个可调光衰减器，所述可调光衰减器包括光输入端口，其中，n为大于1的自然数，第i个光耦合器的第一光输出端口通过光纤与第i个光电探测器的光输入端口连接，第i个光耦合器的第二光输出端口通过光纤与第i个可调光衰减器的光输入端口连接，第i个光电探测器的电输出端口与所述功率控制模块的多波长功率监测端物理连接。
8.其中，所述可调光衰减器还包括光输出端口和控制端口。所述波长上载支路包括n个合波器；所述合波器包括窄带光上载端口，其中，n为大于1的自然数，第i个可调光衰减器的光输出端口通过光纤与第i个合波器的窄带光上载端口连接，第i个可调光衰减器的控制端口与所述功率控制模块的多波长功率控制端物理连接。
9.其中，所述合波器还包括宽带光输出端口和宽带光输入端口。第i个合波器的宽带光输出端口通过光纤与第i 1个合波器的宽带光输入端口连接，第n 个合波器的宽带光输出端口通过光纤与多波长脉冲输出端连接。
10.其中，第1个合波器的宽带光输入端口和第n个分波器的宽带光输出端口空置。
11.其中，所述波长下载支路中相邻两个分波器之间光纤延时环的长度d相同：
[0012][0013]
式中，c为真空中的光速，t为光脉冲周期，n为光纤延时环的光纤折射率， n为波分复用数。
[0014]
本实用新型的分波延时及预加重模块优点在于：
[0015]
使用该模块的光发射装置输出光信号能够同时满足多波长、高光功率、高光信噪比、高输出光功率稳定性、分波长光功率监测、放大和远距离传输过程中线性和非线性噪声抑制及分波长光功率预加重，应用于大规模密集复用远距离传输的岸基固定式光纤声纳系统等相关领域。
[0016]
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解，本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0017]
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于标识类似的要素。下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1是本实用新型示出的分波延时及预加重模块示意图。
[0019]
图2是本实用新型示出的多波长脉冲输入端脉冲时序示意图。
[0020]
图3是本实用新型示出的多波长脉冲输出端脉冲时序示意图。
[0021]
图4是本使用新型示出的自动功率控制功率波动范围示意图。
具体实施方式
[0022]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
[0023]
大规模密集复用光纤水听器阵列远距离传输系统对其光发射装置提出了更高的要求，具体为以下几点：(1)输出n波长、小于等于1/m占空比的高功率、高光信噪比光脉冲或脉冲对(n为波分复用数，m为时分复用数)，并具备对光放大和远距离传输过程中的线性和非线性噪声的抑制功能；(2)具备功率预加重功能，即输出单波光脉冲或脉冲对的功率可在一定范围内独立调节，避免多波长光信号在远距离传输和放大过程中引起的功率不均衡造成系统性能劣化；(3)具备功率监测和自动功率控制功能，即输出单波光脉冲或脉冲对的功率可实时监测且保持相对稳定，避免多波长光信号功率波动过大引起系统性能劣化。对光发射装置输出光信号的需求特点可以总结为：多波长、低占空比、高光功率、高光信噪比、分波长光功率监测、高输出光功率稳定性、光放大和远距离传输过程中的线性和非线性噪声抑制及分波长光功率预加重。
[0024]
目前的光发射装置不具备分波长光功率监测功能，当光纤水听器阵列用光发射装置出现故障时，无法快速获取有效信息定位故障原因；其次，光发射装置中采用的多波长窄线宽半导体激光器输出光功率会随温度变化存在波动；功率波动的多波长光信号使得远距离传输和光放大系统处于非稳态，当多波长光信号功率波动过大时会造成系统探测性能的劣化。虽然已有的光纤水听器阵列用光发射装置通过分波延时和预加重模块实现了高光功率、高光信噪比、光放大和远距离传输过程中线性和非线性噪声抑制及功率预加重，但无法满足分波长功率监测和高输出光功率稳定性的要求。
[0025]
因此，本实用新型提供了一种分波延时及预加重模块，将多波长光脉冲分波延时错峰输出，分波长光功率监测和自动光功率控制，分波长光功率预加重功能在一个模块中同时实现，集成度更高，不仅能够大幅度提高光纤水听器阵列用光发射装置的性能，同时还能有效改善光纤水听器阵列信号远距离传输性能。
[0026]
下面结合附图，对根据本实用新型所提供的分波延时及预加重模块进行详细说明。
[0027]
如图1所示的实施例中，本实用新型提供了一种分波延时及预加重模块，该分波延时及预加重模块包括多波长脉冲输入端、波长下载支路100、功率监测支路200、功率调整支路300、功率控制模块、波长上载支路400和多波长脉冲输出端。波长下载支路100通过光纤与多波长脉冲输入端连接，功率监测支路200通过光纤与波长下载支路100连接，与功率控制模块的多波长功率监测端物理连接，功率调整支路300通过光纤与功率监测支路200连接，与功率控制模块的多波长功率控制端物理连接，波长上载支路400通过光纤与功率调整支路300连接，多波长脉冲输出端通过光纤与波长上载支路400连接。
[0028]
实时监测多波长脉冲输入端的输入信息，使得该分波延时及预加重模块具备分波长光功率监测功能，当光发射装置故障时可快速获取有效信息定位故障位置，使功率波动的多波长光信号处于相对稳态，有效改善光纤水听器阵列信号远距离传输和放大性能。
[0029]
如图1所示的实施例中，波长下载支路100包括n个分波器、n-1个光纤延时环；功率监测支路200包括n个光耦合器，其中，n为大于1的自然数；分波器包括宽带光输入端口、窄带光下载端口和宽带光输出端口；光耦合器包括光输入端口；第i个分波器的宽带光输出端口通过第i个光纤延时环与第i 1 个分波器的宽带光输入端口连接；第1个分波器的宽带光输入端口通过光纤与多波长脉冲输入端连接；第i个分波器的窄带光下载端口通过光纤与第i个光耦合器的光输入端口连接。对输入的多波长复合光脉冲信号进行分波延时下载，利
于后续对多波长脉冲信号的光功率监测和调整。
[0030]
如图2所示的一实施例中，多波长脉冲信号输入后，对其进行分波控制，多波长复合光脉冲的周期为t，为避免时分复用通道脉冲串扰，光脉冲宽度τ1应小于时分通道间隔τ0：
[0031]
τ0＝t/m，τ1＜τ0[0032]
式中m为时分复用数。
[0033]
如图1所示的实施例中，光耦合器还包括第一光输出端口和第二光输出端口。功率监测支路200还包括n个光电探测器，光电探测器包括光输入端口和电输出端口，功率调整支路300包括n个可调光衰减器，可调光衰减器包括光输入端口，其中，n为大于1的自然数。第i个光耦合器的第一光输出端口通过光纤与第i个光电探测器的光输入端口连接，第i个光耦合器的第二光输出端口通过光纤与第i个可调光衰减器的光输入端口连接，第i个光电探测器的电输出端口与功率控制模块的多波长功率监测端物理连接。由此实现多波长功率控制模块对n个波长脉冲信号的监测。
[0034]
如图1所示的实施例中，可调光衰减器还包括光输出端口和控制端口。波长上载支路400包括n个合波器，合波器包括窄带光上载端口，其中，n为大于 1的自然数。第i个可调光衰减器的光输出端口通过光纤与第i个合波器的窄带光上载端口连接，第i个可调光衰减器的控制端口与功率控制模块的多波长功率控制端物理连接。实现对多波长功率控制模块对多波长脉冲信号的调整。
[0035]
如图1所示的实施例中，合波器还包括宽带光输出端口和宽带光输入端口。第i个合波器的宽带光输出端口通过光纤与第i 1个合波器的宽带光输入端口连接，第n个合波器的宽带光输出端口通过光纤与多波长脉冲输出端连接。由此完成对输入的多波长信号调整后的输出。
[0036]
如图1所示的实施例中，第1个合波器的宽带光输入端口和第n个分波器的宽带光输出端口空置。起到对分波延时及预加重模块的保护作用。
[0037]
如图1、图3所示的实施例中，波长下载支路100中相邻两个分波器之间光纤延时环的长度d相同：
[0038][0039]
式中，c为真空中的光速，t为光脉冲周期，n为光纤延时环的光纤折射率， n为波分复用数。如图3所示的输出端脉冲时序，可知，n个波长在光脉冲周期 t内依次等间隔延时输出，相邻波长光脉冲之间的延时τ2满足：
[0040]
τ2＝t/n
[0041]
由延时τ2决定的延时光纤环(d1～d
n-1
)的长度d为：d1～d
n-1
[0042][0043]
基于该分波延时及预加重模块，可根据实际应用系统的情况对多波长光功率p1～pn进行相应的独立调节，以达到均衡各波长通道光功率的目的。如图 4所示的实施例中，在实际应用系统，功率控制模块从多波长功率监测端获取 n个波长的监测光功率p
imon
，监测光功率p
imon
与脉冲光功率设定值pi一一对应，当波长λi的脉冲光功率p
imon
＞pi δp时，功率控制模块通过多波长功率控制端输出增加光功率衰减信号到第i个可调光衰减器控制端口，
以减小波长λi的脉冲光功率到设定值pi；当波长λi的脉冲光功率p
imon
＜p
i-δp时，功率控制模块通过多波长功率控制端输出减小光功率衰减信号到第i个可调光衰减器控制端口，以增大波长λi的脉冲光功率到设定值pi；通过合理的设置功率波动参数δp，可以有效控制脉冲光功率波动的范围，增加光纤水听器阵列用光发射装置输出光脉冲功率的稳定性。
[0044]
上述描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变形方式都在本实用新型的保护范围之内。
[0045]
需要说明的是，在本技术中，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个...”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0046]
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例仅对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变形属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术的意图也包含这些改动和变型在内。