多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置的製作方法

2023-11-03 05:51:17 2

專利名稱：多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置，屬於光通信領域。
背景技術：
光波的調製是通過改變它的某種特性，例如幅度、位相、頻率、偏振或傳播方向來實現的，雷射通信的難點在於調製技術，要點在要有足夠的調製帶寬。光調製可通過幾種技術實施，其中有幹涉效應，電光效應，磁光效應以及聲光效應。大多數光調製與通過控制調製信號產生的折射率的變化有關。折射率變化可由下列效應引起1)電光效應；2)磁光效應；3)聲光效應；4)半導體載流子濃度變化或5)以上效應的合成。
現有的用聲光效應的聲光調製傳輸裝置的缺點是單路傳輸、且傳輸距離短、抗幹擾性能差。

發明內容
本實用新型的目的是為了克服現有技術的缺點，提供一種多用度、寬帶、噪音低、抗幹擾性能強的多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置。
本專利中雷射束的調製是基於聲光效應中的Bragg衍射原理。眾所周知，在滿足某特定條件時，一束光通過一個超聲行波的透明介質，有部份能量被與該超聲所引起的折射率指數變化產生衍射，這一類由超聲行波場產生的衍射效應中用得最多的是Bragg衍射。圖1為入射光方向任意，ΔKm≠0，即動量失配，圖2為入射光沿特定方向，ΔKm＝0，即動量匹配，滿足Bragg衍射條件時，m＝±1。由圖1、2所示，通過分析聲平面波與光平面波的相互作用，由於相干效應，僅當兩束波滿足某個固定角度時衍射光最強。該衍射條件用兩束波的波矢關係表述為k1=k0K---(1)]]>入射光的圓頻率和波矢量分別為ω0與k0，聲波的圓頻率和波矢量分別為Ω和k。波矢k0與K的模分別為k0＝2πn/λ0，K＝2π/∧＝2πf/vλ0是光波長，n為介質結入射光的折射率，∧和f分別是超聲的波長和頻率，V是聲速。
由方程(1)Bragg、衍射定義為SinθB＝K/2k＝λ/2∧ (2)其中θB即為Bragg角(λ＝λ0/n為光波在介質中的波長)。
入射光與衍射光之間的頻率關係可由參量互作用理論導出ω±1＝ω±Ω (3)其中ω+1＝ω+Ω與ω-1＝ω-Ω分別對應於正1級負1級衍射光頻率。零級光的頻率與入射光的頻率相同，頻率變化與都卜勒頻移相類同。當入射光恰好滿足Bragg衍射的幾何條件時，在聲光調製器中產生了由聲波實現的光調製。聲波可對入射光作幅度調製和位相調製，產生偏轉、產生頻率偏移，這些特性被分別用於強度調製，光束偏轉，濾波器、光信號處理、聲光調頻器等等。
本實用新型的技術方案是基於上述原理實現的，其特點是它包括雷射器、聲光調製器、聲光調製器驅動源、調幅、調幅(AM/FM)信號源、光欄、聚光鏡、解調器和光信息處理部分，經聲光調製器、光欄、聚光鏡的調製光通過光纖傳輸解調器；聲光調製器驅動源是由至少1個由作為本振的晶體振蕩器、前置放大器、雙平衡混頻調製器組成的頻道輸入電路、由壓控振蕩器、前置放大器組成的調頻信號輸入電路和寬帶耦合功放電路相連接而組成。解調器和光信息處理部分由光探測檢波信號處理單元、前置放大器、功率放大器、顯示器、印表機及喇叭組成。
根據上述方案，本實用新型的優點是寬帶、多路、低噪音、抗幹擾性強，具有多種用途，多的信號通道，同時傳輸聲音、圖象、文字等信號。


圖1為入射光方向為任意時，Bragg衍射光波與聲波相互作用的波矢圖；圖2為入射光沿特定方向時，Bragg衍射光波與聲波相互作用的波矢圖；圖3為Bragg衍射下的零級光束和正1級光束及其頻率變化圖；圖4為Bragg衍射下的零級光束和負1級光束及其頻率變化圖；圖5為本實用新型的連接示意圖；圖6為聲光調製器驅動源線路原理圖；圖7為光信號的探測原理圖；圖8為光纖光電接收放大電路圖；圖9為聲光調製器多頻多信號運用示意圖。
具體實施方式
本實用新型具體實施方式
結合附圖作一說明。由圖5所示，多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置包括雷射器1、聲光調製器2、聲光調製器驅動源3、調幅、調幅(AM/FM)信號源4、光闌5、聚光鏡6、解調器和光信息處理部分，經聲光調製器2、光闌5、聚光鏡6的調製光通過光纖7傳輸至解調器；聲光調製器驅動源3是主要由至少1個由作為本振的晶體振蕩器12、前置放大器13、雙平衡混頻調製器15組成的多頻道輸入電路、主要由壓控振蕩器18、前置放大器19組成的調頻信號輸入電路和寬帶耦合功放電路21相連接而組成。解調器和光信息處理部分由光探測檢波信號處理單元8、前置放大器9、功率放大器10、顯示器、印表機及喇叭11組成。
由圖6所示，上述的聲光調製器驅動源3是由1個或多個由作為本振的晶體振蕩器、前置放大器、雙平衡混頻調製器組成的多頻道輸入電路組成，本振可採用f0-fn多種頻率的晶體振蕩器12，每一種頻率的晶體振蕩器12通過各自的前置放大器13、耦合變壓器14和各自的雙平衡混頻調製器15連接，雙平衡混頻調製器15輸出經放大器16、耦合變壓器17與由壓控振蕩器18、前置放大器19、耦合變壓器20組成的調頻信號輸入電路同時和寬帶耦合功放電路21相連接，其輸出與聲光調製器2連接。
由圖6所示，當調幅、調頻(AM/FM)信號源4輸出為一定幅度(在0～1V)之間的調幅信號時，由信號源4輸入到聲光調製驅動源4中的雙平衡混頻器15時，產生了在載波亦即超聲波的頻率之上疊加的強度調製信號，當有用信號是用脈衝編碼時，強度調製的一種變化即為脈衝調製。經過聲光調製驅動源3的信號送到聲光調製器2的壓電換能器之上，產生了一個強度隨信號源4的有用信號同步變化的超聲波，實時的傳送到聲光調製器的聲光相互作用介質中，產生了一個行進中的超聲光柵場。由圖3、圖4所示，當一束雷射以滿足Bragg衍射的入射條件進入聲光調製器的通光口徑後，在聲光互作區被超聲光柵衍射，出射的光束被分成了幾束，其中沿原光路不改變方向的是零級光，另外一束最強的衍射光是正1級或負1級，視雷射相對聲波行進方向的入射角度而定，其強度可以調整到大小相等，只要同樣是調至以Bragg角入射即可。由圖3、圖4所示，在出射端正負1級光強I+1或I-1和零級光光強I00的總合基本上等同於雷射的入射光強度I0，即I0≌I+1+I00或I0＝I-1+I00。調整光闌5的位置，在零級光和正負1級光之中任選其一作為有用信號的載體。為獲取最大的可利用的光信號，光纖7入端放置了一聚焦鏡6採集經調製器衍射出來的雷射，石英光纖7的主要技術指標之一是數值孔徑，表徵光纖與光源、探測器和其它光學元器件耦合的特性，定義為NA＝Sinθmax，光纖的數值孔徑一般在0.1～0.6之間，對應的θmax在9°～33°，多模光纖數值孔徑較大。
為能將雷射衍射光束儘可能多的耦合到光纖裡去，裝置配置一個五維調節架，具有(1)橫向水平位移Y，(2)垂直高度升降Z，(3)安裝平臺沿中心軸在X-Y平面作旋轉θ，其X方向為光線行進方向(4)光纖透鏡安裝夾在垂直的YZ平面的二維精細微調機構。在本裝置中雷射器用的是He-Ne雷射，雷射管安裝在能調整高低，光束出射方向的支架上。聲光調製器安裝平臺具有調高度和安裝平面沿中心軸在X-Y平面作角度旋轉，光闌具有在垂直平面Y-Z中升降和橫向移動的功能。而光纖的出射端靠一專用夾具緊固並對光電探測器的光敏窗口作正入射，保證了光能的充分利用。
由圖7所示，是光信號的探測與解調。由圖8所示，光纖光電接收放大電路由光電二極體D5、電阻R19、R20及可變電阻R21組成的輸入迴路經前置放大器22、功率放大器23連接而成。當被超聲衍射調製的雷射經光纖傳輸到接收端，利用Pin光電二極體D5響應快，光譜範圍大，噪聲小等優點製作了一個光電接收解調器，通過改變光二極體的負載電阻R21改變前置放大器22的頻率補償，獲得了低噪音高保真的有用信號。當調幅、調頻(AM/FM)信號源4輸出為一音頻信號時，在功率放大器23輸出端經喇叭輸出和示波器觀察，信號的還原性保真度均很好，且由於聲光調製器本身所具備的寬帶特性(幾MHZ-幾十MHZ)和大線性動態範圍，充分保證了調幅波(AM)的線性和帶寬。用作高保真的HIFi音響(光纖)傳輸系統在抗幹擾低噪音大帶寬諸多方面有很大的優越性。
利用聲光調製器的寬帶特性，在一個器件上可實現多個信道的傳輸，方法是在該聲光調製器的有效帶寬範圍內多頻運行，如圖9所示，原則上可實現N＝ΔFM/ΔFS個信道的光纖傳輸，ΔFM為聲光調製器的有效帶寬，通常有幾十MHZ，而ΔFS為有用信號的帶寬，只要多頻激勵時，在適當距離上各信道的1級衍射光點能用光闌分離出來，就能製作足夠多的信號通道，同時傳輸聲音、圖象、文字等信號。
權利要求1.一種多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置，其特徵在於，它包括雷射器(1)、聲光調製器(2)、聲光調製器驅動源(3)、調幅、調頻(AM/FM)信號源(4)、光闌(5)、聚光鏡(6)、解調器和光信息處理部分；經聲光調製器(2)、光闌(5)、聚光鏡(6)的調製光是經由光纖(7)連接傳輸至解調器。
2.根據權利要求1所述的多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置，其特徵在於，所述的聲光調製器驅動源(3)是主由至少為1個由作為本振的晶體振蕩器(12)、前置放大器(13)、雙平衡混頻調製器(15)組成的頻道輸入電路、主要由壓控振蕩器(18)、前置放大器(19)組成的調頻信號輸入電路和寬帶耦合功放電路(21)相連接而組成。
3.根據權利要求1所述的多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置，其特徵在於，所述的解調器和光信息處理部分由光探測檢波電信號處理單元(8)、前置放大器(9)、功率放大器(10)、顯示器、印表機及喇叭(11)組成。
專利摘要本實用新型涉及一種多路調幅、調頻聲光調製光纖傳輸裝置，屬於光通信領域。其特點是它包括雷射器、聲光調製器、聲光調製器驅動源、調幅、調頻(AM/FM)信號源、光欄、聚光鏡、解調器和光信息處理部分，經聲光調製器、光欄、聚光鏡的調製光通過光纖傳輸解調器；聲光調製器驅動源是由至少1個由作為本振的晶體振蕩器、雙平衡混頻調製器、前置放大器組成的頻道輸入電路、由壓控振蕩器、前置放大器組成的調頻信號輸入電路和寬帶耦合功放電路相連接而組成。根據上述方案，本實用新型的優點是寬帶、多路、低噪音、抗幹擾性強，具有多種用途，多的信號通道，同時傳輸聲音、圖象、文字等信號。
文檔編號H04B10/12GK2652047SQ0325602
公開日2004年10月27日 申請日期2003年7月28日 優先權日2003年7月28日
發明者朱三又 申請人:上海市雷射技術研究所