一种低损耗低功耗紧凑型外差声光调制模块的制作方法

1.本发明涉及水听器，具体涉及一种光纤水听器中外差声光调制模块，属于潜航器、岸基光纤水听器光技术领域。


背景技术：

2.潜航器以光纤水听器作为信息传输和传感的媒介，对水声信息进行探测和分析，外差声光调制模块作为光电预处理机的一个重要部件，一方面用于调制生成符合水听器探头使用的光脉冲；另一方面对发射激光实现声光移频，产生合适的频率，实现外差干涉。图1是现有外差声光调制模块在光电预处理机系统中的功能框图。
3.光源产生激光经过光纤声光调制器（faom）调制产生一个光脉冲，这个光脉冲经一个1
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2光纤耦合器分成两路，一路接光纤声光移频器1（faofs1）产生f1移频，另一路接光纤声光移频器2（faofs2）产生f2移频，f2移频光脉冲经过光纤环的延时，由耦合器将两个移频信号合成一个脉冲对，脉冲对发射至光纤水听器，光电预处理机利用外差法解算获取光纤水听器感知的水声信息。faom工作在调制状态，整体功耗2w，插入损耗典型值3db。faofs1和faofs2工作在等幅状态，整体功耗10w，为保证输出两个光脉冲幅度基本一致，faofs1和faofs2选用插入损耗相接近的两个器件，单个器件插入损耗典型值3db，耦合器1和耦合器2选用3db耦合器，自身插入损耗典型值为0.5db。整个外差声光调制模块功耗典型值为12w，插入损耗典型值为10db。现有外差声光调制模块整体功耗过高，为了使整个模块能够长时间的稳定工作，为模块设计散热结构成为了一个必要的设计，无形当中增加了模块的安装空间，整体功耗过高成为现有外差声光调制模块面向湿端应用的限制因素之一。现有外差声光调制模块的插入损耗过大，使得光电预处理机发射端不得不增加edfa器件，edfa器件的增加使得系统反射光信噪比劣化，限制了光电预处理机发射的传输，在一定程度抑制了光纤水听器探测系统的远距离传输。现有外差声光模块两路脉冲延时通过延时光纤控制，延时光纤一般几十米长，容易受外界低频振动的影响，而且需要光纤熔接涂覆，工序较复杂，体积较大。


技术实现要素：

4.针对现有外差声光调制模块功耗高、插入损耗大、延时可调精度低、工序复杂、体积大、易受外界影响的不足，本发明的目的是提供一种低损耗低功耗紧凑型外差声光调制模块，本发明没有光纤耦合器，通过控制两路aom相对于触发信号的衍射来调节脉冲之间的相对延时，控制两个aom开启时间得到两个频率不同的脉冲信号，具有功耗低、损耗小、延时任意可调等优点。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种低损耗低功耗紧凑型外差声光调制模块，包括激光器、两级1
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2光纤声光调制器和驱动器，激光器输出的连续光作为入射光接第一1
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2光纤声光调制器，第一1
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2光纤声光调制器输出0级光和1级衍射光，第二1
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2光纤声光调制器的0级光和1级衍射光出光
位置分别作为第二1
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2光纤声光调制器的两路输入与第一1
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2光纤声光调制器的输出相接，其中第一1
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2光纤声光调制器输出的0级光作为入射光接第二1
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2光纤声光调制器的1级衍射光出光位置；第一1
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2光纤声光调制器输出的1级衍射光作为入射光接第二1
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2光纤声光调制器的0级光出光位置；第二1
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2光纤声光调制器的入射光位置作为出射光位置输出出射光；两级1
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2光纤声光调制器共用一个驱动器，所述驱动器包括调制电路，调制输入信号通过脉冲整形电路接调制电路的输入，外部时钟通过振荡电路接入调制电路，以提供调制电路的时钟信号；调制电路具有两路输出，每路输出分别通过延时电路和功放电路输出需要的射频信号，两路射频信号对应接两级1
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2光纤声光调制器；两级1
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2光纤声光调制器的射频信号交替工作。
6.进一步地，两个1
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2光纤声光调制器产生移频频率分别为f1和f2的频率信号，f1和f2的频率差值为水听系统要求的频率差值。
7.优选地，两级1
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2光纤声光调制器均设有平行棱镜，用于将各自的0级光和1级衍射光分开需要的距离。
8.优选地，两级1
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2光纤声光调制器的0级光和1级衍射光均通过光纤实现光信号的传输，第一1
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2光纤声光调制器0级光对应的光纤与第二1
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2光纤声光调制器1级衍射光对应的光纤熔接；第一1
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2光纤声光调制器1级衍射光对应的光纤与第二1
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2光纤声光调制器0级光对应的光纤熔接。
9.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、插入损耗低。本发明与现有技术相比无主路aom和光纤耦合器，整体插入损耗要少6db以上。
10.2、功耗低。本发明两个aom工作在调制状态，整体功耗约6w，而现有技术一个aom工作在调制状态，两个aom工作在等幅状态，功耗12w；本发明功耗明显降低。
11.3、延时精度高、范围广、调节灵活、受环境影响小。现有技术移频精度受光纤熔接机限制，更改延时需要重新熔接光纤，工艺复杂，而且还需对延时光纤进行特殊隔音隔振处理降低低频噪声。本发明无需延时光纤，整个延时调节通过程序更改，无需开盖处理，不易受环境影响。
12.4、体积小。现有技术需要在壳体内预留延时光纤盘绕固定位置，而本发明不需要延时光纤，因此体积更小，更易于集成。
附图说明
13.图1是现有外差声光调制模块在光电预处理机系统中的功能框图。
14.图2为1
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2光纤声光调制器结构示意图。
15.图3为本发明外差声光调制模块结构示意图。
16.图4为本发明外部时钟 同源双路 两路延时可调驱动器示意图。
17.图5为本发明驱动器电路原理图。
18.图6为本发明实施例对应的时序图。
具体实施方式
19.以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
20.本发明采用两个1
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2光纤声光调制器串联的方式实现光路的耦合，第一1
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2光纤声光调制器将入射光耦合为0级光和1级衍射光，第二1
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2光纤声光调制器利用光的可逆性，将0级光和1级衍射光再耦合为出射光，从而取消现有模块中的两个光纤耦合器。两个1
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2光纤声光调制器共用一个驱动电路，驱动电路采用外部时钟输入、同源双路、双路延时可调以及时序控制的方案，实现延时精度高、范围广、调节灵活的效果。
21.本发明所涉及的1
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2光纤声光调制器结构如图2所示。驱动电路输出的射频电信号经阻抗匹配网络施加到声光介质的压电换能器上，压电换能器将该信号转换为超声波在声光介质内传播，形成折射率光栅，当激光以一定的角度通过时即发生布拉格衍射，将输入光和1级衍射光通过光纤耦合输出，通过对电信号进行调制即可实现对光信号的调制功能。1
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2光纤声光调制器利用平行棱镜将0级光和1级衍射光分开一定距离，这样可以分别实现对0级光和1级衍射光耦合输出，就保证了在实现对1级衍射光调制功能的同时实现0级光输出功能，即实现了1
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2光纤声光调制器。
22.本发明一种低损耗低功耗紧凑型外差声光调制模块，采用两个1
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2光纤声光调制器，其连接方式如图3所示。包括激光器、两级1
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2光纤声光调制器和驱动器，激光器输出的连续光作为入射光接第一1
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2光纤声光调制器，第一1
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2光纤声光调制器输出0级光和1级衍射光，第二1
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2光纤声光调制器的0级光和1级衍射光出光位置分别作为第二1
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2光纤声光调制器的两路输入与第一1
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2光纤声光调制器的输出相接，其中第一1
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2光纤声光调制器输出的0级光作为入射光接第二1
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2光纤声光调制器的1级衍射光出光位置；第一1
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2光纤声光调制器输出的1级衍射光作为入射光接第二1
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2光纤声光调制器的0级光出光位置；第二1
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2光纤声光调制器的入射光位置作为出射光位置输出出射光。
23.参见图4和图5，两级1
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2光纤声光调制器共用一个驱动器，所述驱动器包括调制电路，调制输入信号通过脉冲整形电路接调制电路的输入，外部时钟通过振荡电路接入调制电路，以提供调制电路的时钟信号；调制电路具有两路输出，每路输出分别通过延时电路和功放电路输出需要的射频信号，两路射频信号对应接两级1
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2光纤声光调制器；两级1
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2光纤声光调制器的射频信号（驱动电路）交替工作。
24.具体地，本发明两级1
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2光纤声光调制器的0级光和1级衍射光均通过光纤实现光信号的传输，第一1
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2光纤声光调制器0级光对应的光纤与第二1
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2光纤声光调制器1级衍射光对应的光纤熔接；第一1
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2光纤声光调制器1级衍射光对应的光纤与第二1
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2光纤声光调制器0级光对应的光纤熔接。
25.本发明入射光通过第1个1
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2光纤声光调制器，在驱动电路工作时，光从1级衍射光输出，在驱动电路不工作时，光从0级光输出。两个1
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2光纤声光调制器产生移频频率分别为f1和f2的频率信号（频率差值由水听系统确定）。根据光纤水听器阵列的特点，通过控制两个1
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2光纤声光调制器驱动电路时序得到延时和频差固定的脉冲对。例如对于脉冲宽度120ns，重复频率200khz，光脉冲延时150ns的光纤水听系统，本发明两个光纤声光调制器以及最终输出光脉冲如图6所示。
26.本发明驱动电路采用外部时钟输入、同源双路、双路延时可调以及时序控制的方案。当重复频率200khz、脉冲宽度120ns的外部触发信号作用到驱动电路上，第一1
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2光纤
声光调制器在t时刻后产生衍射光，衍射光脉冲宽度为120ns，此时第二调制器驱动电路不工作，第二调制器不衍射，0级光耦合输出，最后输出移频频率为f1，脉冲宽度为120ns光脉冲信号。在触发信号t 150ns后，第一1
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2光纤声光调制器驱动电路不工作，不发生衍射，0级光输出，不产生移频。第二调制器驱动电路工作，产生衍射光，光脉冲宽度120ns，最后输出移频为f2，脉冲宽度为120ns的光脉冲信号。在一个周期内输出的光脉冲，如图6所示。本发明两个光纤声光调制器的射频信号（驱动电路）需交替工作，即当第一1
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2光纤声光调制器的驱动电路工作时，第二1
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2光纤声光调制器的驱动电路不工作；当第一1
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2光纤声光调制器的驱动电路不工作时，第二1
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2光纤声光调制器的驱动电路工作。本发明的外差声光调制模块相比现有模块无光纤耦合器、无延时光纤、只有两个器件，整体损耗典型值为3.5db，功耗典型值为6w。
27.本发明通过外部时钟输入保持用户系统时钟与声光模块时钟一致，采用同源双路方案实现两路驱动时钟一致，双路延时可调可以实现两个脉冲相对于外部调制触发信号延时高精度（最高精度0.1ns）、大范围(最大μs级)（根据用户所选的延时调节范围而定）可调。本发明可以根据用户需求提供不同延时，延时范围0-1μs、不同频差，频差范围0-1ghz的低损耗低功耗紧凑型外差声光调制模块。
28.本发明具有以下特点：1、采用两个1
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2光纤声光调制器串联的方式实现光路的耦合，与传统方案相比，损耗大幅降低；2.采用两个1
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2光纤声光调制器调制移频功能，减小外差声光调制模块损耗和功耗，为系统小型化、低功耗奠定基础；3、驱动器采用外部时钟输入和同源双路输出方案，保证用户系统时钟与aom时钟一致，为外差探测光脉冲相位稳定奠定基础；4、通过电路芯片调节两路脉冲光延时实现外差声光调制模块两路脉冲高精度延时调节功能，减小了系统整体尺寸，提高了延时调节精度，减小了延时调节工序的复杂性。
29.本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。