基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统及方法，该系统包括：可调谐激光器，输出波长连续切换的连续光；声光调制器，将连续光斩波为时分复用脉冲光；时分复用组件，包括基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用传感阵列，输出带有传感信息的时分复用干涉脉冲光；光接收单元，接收并解调时分复用干涉脉冲光。微结构光纤EFPI传感器具有结构简单紧凑、灵敏度高、体积小和可大规模制造的优点，是实现光纤水听器小型化的新途径。本发明专利技术应用于光纤水听器领域，当可调谐激光器在固定步长下发出一系列连续切换的光时，每一个波长的信号光都会经过时分复用阵列基元产生干涉信号，实现基于微结构的光纤EFPI水听器大规模时分复用。复用。复用。

【技术实现步骤摘要】
基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统及方法


[0001]本专利技术涉及光纤水听器
，具体是一种基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统及方法。

技术介绍

[0002]光纤水声探测是以光纤传感技术手段对水中声波进行检测，其中光纤水听器是光纤水声探测的基础。目前基于相位干涉型的光纤水听器以传统的长臂干涉仪方案为主，通过将长距离传感光纤绕制在增敏结构上进行传感，其最终实现的传感器体积过大，提升了运输和安装的难度。近年来，水下无人平台已经逐渐成熟，水下无人潜航器，水下滑翔机等已经大量应用于海洋环境观测。由于水下无人平台的续航力和可搭载载荷能力有限，对所搭载的水听器阵列具有较小的尺寸要求。同时，由于水下声场环境的复杂性，单个水听器很难有效识别水下目标并跟对其实施跟踪监测，需要将光纤水听器组成传感阵列并通过水听器复用阵列技术完成声场信号的波束形成，实现对水下目标的定位和定向。微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)制作的器件具有尺寸小、成本低、重量轻以及可大规模生产的优点，将MEMS技术与光纤水听器技术结合，为实现光纤水听器的小型化、大规模复用提供一个新工程应用方向。MEMS器件的尺寸一般在微米量级，具有批量化加工的优势，使得光纤MEMS传感技术在充分发挥光纤传感技术优点的同时，又能显著降低传感器尺寸和加工成本，同时有利于光纤水听器形成可大规模复用、可搭载在水下无人平台的工程技术特点。
[0003]目前，针对基于MEMS加工的微结构光纤非本征法布里珀罗干涉(Extrinsic Fabry
‑
Perot Interferometer，EFPI)型传感器(以下简称“微结构光纤EFPI水听器”)的复用技术主要有时分复用、波分复用、相干复用以及几种复用方式的混合复用等。以上几种方法当微结构光纤EFPI水听器数量比较大时，系统就变得比较复杂，成本增加。
[0004]尤其是时分复用，随着微结构光纤EFPI水听器的增多，其信噪比急剧下降。由于基于微结构的光纤EFPI水听器难以串行时分复用，端面反射率低导致的传输损耗大等问题，现有的大规模的时分复用阵列技术均不适用于微结构光纤EFPI水听器的阵列复用。例如，英国的T Liu等利用两个不同波长的激光器来实现基于波分复用的EFPI传感器的多路复用，但该方案复用规模较小，结构复杂。安徽理工大学杨盼盼等设计了一种基于时分和空分复用的4S
×
8T复用阵列，该方案能实现32路复用，但灵敏度较低，噪声较大，复用规模有限。电子科技大学Zi
‑
jun Wang等提出了一种基于反射半导体光放大器(RSOA)的多路复用传感系统，信号具有良好的信噪比，传感器间无明显串扰，但不适用于微结构的EFPI传感器。本方案提出一种基于可调谐激光器的微结构光纤EFPI水听器复用方案，解决了微结构的光纤EFPI水听器时分复用的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于微结构光纤EFPI水听器的时分
复用系统及方法，基于可调谐激光器来实现微结构光纤EFPI水听器的时分复用阵列，当可调谐激光器在固定步长下发出一系列连续切换的光时，每一个波长的信号光都会经过时分复用阵列基元产生干涉信号。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统，包括：
[0007]可调谐激光器，用于输出波长连续切换的连续光；
[0008]声光调制器，用于将波长连续切换的连续光斩波为时分复用脉冲光；
[0009]时分复用组件，包括基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用传感阵列，用于对所述时分复用脉冲光进行时分复用，并输出带有传感信息的时分复用干涉脉冲光；
[0010]光接收单元，用于接收并解调所述时分复用干涉脉冲光。
[0011]在其中一个实施例，所述时分复用传感阵列包括光环形器、N
‑
1个耦合器C1‑
C
N
‑1、N
‑
1个延迟光纤D1‑
D
N
‑1与N个微结构光纤EFPI水听器S1‑
S
N
，其中，光环形器、耦合器均具有第一端口、第二端口与第三端口；
[0012]所述光环形器的第一端口通过光纤与所述声光调制器的输出端相连，所述光环形器的第三端口通过光纤与光接收单元的输入端相连；
[0013]耦合器C1的第一端口通过光纤与所述光环形器的第二端口相连，耦合器C1的第三端口通过光纤与微结构光纤EFPI水听器S1相连；
[0014]耦合器C
i
的第一端口通过延迟光纤D
i
‑1与耦合器C
i
‑1的第二端口相连，耦合器C
i
的第三端口通过光纤与微结构光纤EFPI水听器S
i
相连，其中，1<i≤N
‑
1；
[0015]耦合器C
N
‑1的第二端口通过延迟光纤D
N
‑1与微结构光纤EFPI水听器S
N
相连。
[0016]在其中一个实施例，所述延迟光纤D1‑
D
N
‑1的长度均为：
[0017][0018]其中，L为延迟光纤D1‑
D
N
‑1的长度，τ为为时分复用阵列AOM斩波时间，c为真空中光速，n为光纤折射率，L0为时分复用相邻TDM通道间物理间距加上光纤冗余。
[0019]在其中一个实施例，所述耦合器C1‑
C
N
‑1的耦合比为：
[0020][0021]其中，χ
n
为耦合器C
n
的耦合比，β为耦合器的附加损耗。
[0022]在其中一个实施例，所述光接收单元包括：
[0023]光电探测器，用于将所述时分复用干涉脉冲光转换为时分复用干涉电信号；
[0024]A/D模数转换单元，用于将所述时分复用干涉电信号由模拟信号转换为数字信号；
[0025]信号处理及控制单元，用于接收所述数字信号，并进行解时分复用和解调以获得传感信息。
[0026]为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用方法，采用上述的时分复用系统进行时分复用。
[0027]在其中一个实施例，所述时分复用方法包括如下步骤：
[0028]步骤1，基于可调谐激光器输出波长连续切换的连续光；
[0029]步骤2，基于声光调制器将波长连续切换的所述连续光斩波为时分复用脉冲光；
[0030]步骤3，采用基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用传感阵列对所述时分复用脉冲光进行时分复用，得到带有传感信息的时分复用干涉脉冲光；
[0031]步骤4，解调所述时分复用干涉脉冲光，得到所述时分复用传感阵列测得的传感信息。
[0032]与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统，其特征在于，包括：可调谐激光器，用于输出波长连续切换的连续光；声光调制器，用于将波长连续切换的连续光斩波为时分复用脉冲光；时分复用组件，包括基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用传感阵列，用于对所述时分复用脉冲光进行时分复用，并输出带有传感信息的时分复用干涉脉冲光；光接收单元，用于接收并解调所述时分复用干涉脉冲光。2.根据权利要求1所述的基于微结构光纤EFPI水听器的时分复用系统，其特征在于，所述时分复用传感阵列包括光环形器、N
‑
1个耦合器C1‑
C
N
‑1、N
‑
1个延迟光纤D1‑
D
N
‑1与N个微结构光纤EFPI水听器S1‑
S
N
，其中，光环形器、耦合器均具有第一端口、第二端口与第三端口；所述光环形器的第一端口通过光纤与所述声光调制器的输出端相连，所述光环形器的第三端口通过光纤与光接收单元的输入端相连；耦合器C1的第一端口通过光纤与所述光环形器的第二端口相连，耦合器C1的第三端口通过光纤与微结构光纤EFPI水听器S1相连；耦合器C
i
的第一端口通过延迟光纤D
i
‑1与耦合器C
i
‑1的第二端口相连，耦合器C
i
的第三端口通过光纤与微结构光纤EFPI水听器S
i
相连，其中，1<i≤N
‑
1；耦合器C
N
‑1的第二端口通过延迟光纤D
N
‑1与微结构光纤EFPI水听器S
N

【专利技术属性】
技术研发人员：姚琼，夏霁，王付印，刘政，曹春燕，侯庆凯，陈虎，伍惟骏，熊水东，朱敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：