基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器及外差检测系统技术方案

本申请公开了基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器及外差检测系统，移频器包括少模光纤、偏振控制器和光纤声光单元；少模光纤用于传输LP

【技术实现步骤摘要】
基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器及外差检测系统


[0001]本申请属于激光相干探测
，具体涉及基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器及外差检测系统。

技术介绍

[0002]光相干(零差和外差)探测技术的发展使得光通信及光传感系统具有更高的灵敏度和抗干扰能力，并且相较于直接探测，相干探测技术能够将光电探测器不能直接响应的光频信号转化为频率量级较小的射频信号，因此具有更好的频率选择性，其中外差探测相对于零差探测信号的接收和处理更为简单。依托光外差技术激光通信、激光雷达、光纤陀螺、微尺度测量等领域发展迅速。
[0003]外差检测系统中经常会用到移频器，尤其是，基于拉曼
‑
纳斯衍射或布拉格衍射原理的声光调制器(AOM)，分为自由空间声光调制器和光纤耦合声光调制器，两者典型的移频量大小均在20MHz～350MHz范围。其工作机理是光栅晶体在特定频率驱动的换能器的作用下发生衍射，并且衍射光发生与驱动频率大小相等的频移。这种声光调制器具有体积大、插入损耗大、移频量固定等缺陷，同时，随着实验需求的增加，现有声光调制器不能直接产生所需更低的移频量，要获得兆赫兹级别甚至更低的移频量，往往需要用到几个声光调制器级联得到差频量，该方案不但增加了系统的成本、降低了系统的集成度和可靠性，也大大增加了插入损耗。
[0004]总而言之，声光调制器虽然被广泛的运用在各领域内，但是寻找一种低频移量，低损耗的紧凑型全光纤移频器成为研究人员关注的问题。

技术实现思路

[0005]本申请提出基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器及外差检测系统，用以解决上述问题，实现移频多样、高效率、低频移的效果。
[0006]为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
[0007]基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器，包括少模光纤、偏振控制器和光纤声光单元；
[0008]所述少模光纤用于传输LP
01
模式光束或LP
11
模式光束；
[0009]所述光纤声光单元用于将所述LP
11
模式光束转换为LP
01
模式光束；
[0010]所述偏振控制器用于调节所述LP
11
模式光束的偏振态；
[0011]所述少模光纤在穿过所述光纤声光单元时需剥去涂覆层。
[0012]可选的，所述光纤声光单元包括自上而下顺次连接的超声聚能器、振动发生装置和吸声衬底，所述振动发生装置还连接有任意波形发生器；
[0013]所述任意波形发生器用于产生射频信号，所述射频信号用于驱动所述振动发生装置在垂直方向产生超声振动；
[0014]所述吸声衬底用于吸收所述射频信号的反向振动，使所述超声振动沿所述超声聚
能器单向传输；
[0015]所述超声聚能器的底部与所述振动发生装置相连，所述超声聚能器的顶部与剥去涂覆层的所述少模光纤相连，所述超声聚能器用于将所述超声振动汇聚在所述超声聚能器与所述少模光纤的连接处。
[0016]可选的，所述超声聚能器为铝锥；
[0017]去除涂覆层的所述少模光纤与所述铝锥的顶部相连；
[0018]所述移频器还包括长周期光纤光栅；
[0019]所述长周期光纤光栅用于将所述LP
01
模式光束转换为LP
11
模式光束；
[0020]所述光纤声光单元用于将所述LP
11
模式光束转换为LP
01
模式光束；
[0021]所述少模光纤是所述长周期光纤光栅和所述光纤声光单元的载体，并且穿过所述偏振控制器。
[0022]可选的，所述超声聚能器为铝锥；
[0023]去除涂覆层的所述少模光纤与所述铝锥的顶部相连；
[0024]所述移频器还包括第二光纤声光单元；
[0025]所述第二光纤声光单元与所述光纤声光单元结构相同；
[0026]所述第二光纤声光单元用于将所述LP
01
模式光束转换为LP
11
模式光束；
[0027]所述光纤声光单元用于将所述LP
11
模式光束转换为LP
01
模式光束；
[0028]所述少模光纤是所述第二光纤声光单元和所述光纤声光单元的载体，并且穿过所述偏振控制器。
[0029]可选的，所述超声聚能器为铝制三棱柱；
[0030]所述铝制三棱柱水平放置，所述金属棱柱的一个侧面与所述振动发生装置相连，与该侧面相对的棱边与所述少模光纤相连；
[0031]所述少模光纤以往返折叠的形式与所述铝制三棱柱、振动发生装置、吸声衬底和任意波形发生器连续构成若干个所述光纤声光单元；
[0032]在每两个所述光纤声光单元的中间，所述少模光纤均穿过一次所述偏振控制器。
[0033]可选的，所述振动发生装置采用压电陶瓷。
[0034]可选的，所述吸声衬底采用金属材质。
[0035]可选的，所述基模光束的波长与射频信号的频率的关系为：
[0036][0037](β
01
＝2πn
01
/λ和β
11
＝2πn
11
/λ)，
[0038]其中，Λ为超声波在光纤中形成周期性折射率调制的周期，L
B
为LP
01
模式和LP
11
模式之间的拍长，R为声光作用区域光纤半径，C
ext
表示超声波在光纤介质的传播速度，f表示射频信号的频率，β
01
和β
11
分别表示LP
01
模式和LP
11
模式的传播常数，n和λ分别表示折射率和波长。
[0039]另一方面，本申请还公开了基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器的外差检测系统，除上述移频器，所述外差检测系统还包括单模光纤、可调谐窄线宽激光器、分束器、偏振控制器、光纤环形器、前镀膜反射镜、振动单元、合束器、光电探测器、示波器；
[0040]所述可调谐窄线宽激光器、所述分束器、所述偏振控制器和所述光纤环形器顺次连接；
[0041]所述前镀膜反射镜与所述振动单元相连；
[0042]所述光纤环形器的输出端与所述合束器的一个输入端连接；
[0043]所述分束器的另一端口还与所述频移器和所述合束器另一个输入端顺次连接；
[0044]所述合束器的输出端与所述光电探测器连接；
[0045]所述光电探测器与所述示波器连接；
[0046]所述可调谐窄线宽激光器、所述分束器、所述偏振控制器、所述光纤环形器、所述合束器、所述光电探测器和所述频移器之间均通过所述单模光纤连接；
[0047]所述振动单元包括顺次接触的前镀膜反射镜、振动发生装置和吸声衬底，所述振动发生装置还连接有任意波形发生器相连。
[0048]本申请的有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器，其特征在于，包括少模光纤(2)、偏振控制器(3)和光纤声光单元(4)；所述少模光纤(2)用于传输LP
01
模式光束或LP
11
模式光束；所述光纤声光单元(4)用于将所述LP
11
模式光束转换为LP
01
模式光束；所述偏振控制器(3)用于调节所述LP
11
模式光束的偏振态；所述少模光纤(2)在穿过所述光纤声光单元(4)时需剥去涂覆层。2.根据权利要求1所述的基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器，其特征在于，所述光纤声光单元(4)包括自上而下顺次连接的超声聚能器、振动发生装置(6)和吸声衬底(7)，所述振动发生装置(6)还连接有任意波形发生器(8)；所述任意波形发生器(8)用于产生射频信号，所述射频信号用于驱动所述振动发生装置(6)在垂直方向产生超声振动；所述吸声衬底(7)用于吸收所述射频信号的反向振动，使所述超声振动沿所述超声聚能器单向传输；所述超声聚能器的底部与所述振动发生装置(6)相连，所述超声聚能器的顶部与剥去涂覆层的所述少模光纤(2)相连，所述超声聚能器用于将所述超声振动汇聚在所述超声聚能器与所述少模光纤(2)的连接处。3.根据权利要求2所述的基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器，其特征在于，所述超声聚能器为铝锥(5)；去除涂覆层的所述少模光纤(2)与所述铝锥(5)的顶部相连；所述移频器还包括长周期光纤光栅(1)；所述长周期光纤光栅(1)用于将所述LP
01
模式光束转换为LP
11
模式光束；所述光纤声光单元(4)用于将所述LP
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模式光束转换为LP
01
模式光束；所述少模光纤(2)是所述长周期光纤光栅(1)和所述光纤声光单元(4)的载体，并且穿过所述偏振控制器(3)。4.根据权利要求2所述的基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器，其特征在于，所述超声聚能器为铝锥(5)；去除涂覆层的所述少模光纤(2)与所述铝锥(5)的顶部相连；所述移频器还包括第二光纤声光单元(41)；所述第二光纤声光单元(41)与所述光纤声光单元(4)结构相同；所述第二光纤声光单元(41)用于将所述LP
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模式光束转换为LP
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模式光束；所述光纤声光单元(4)用于将所述LP
11
模式光束转换为LP
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模式光束；所述少模光纤(2)是所述第二光纤声光单元(41)和所述光纤声光单元(4)的载体，并且穿过所述偏振控制器(3)。5.根据权利要求2所述的基于声致光纤光栅的低频移全光纤移频器，其特征在于，所述超声聚能器为铝制三棱柱(9)；所述铝制三棱柱(9)水...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥龙，张正伟，徐江韬，张龙坤，滕林苹，孙建锋，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：