[发明专利]一种用于混沌激光测距的混沌光发射装置

说明书

技术领域

本发明与激光测距装置有关，具体地说，是一种用于混沌激光测距的混沌光发射装置，可用于工业生产、军事、通信、遥感等领域。

技术背景

混沌激光测距根据传输介质的不同主要分为两类：一类是用于自由空间测距的混沌激光雷达(Fanyi LIN and Jiaming LIU, Chaotic radar, IEEE Journal of Selected Topic in Quantum Electronics, 2004,10(5): 991-997),另一类是用于光纤断点检测的混沌光时域反射仪(Yuncai Wang, Bingjie Wang and Anbang Wang, Chaotic correlation optical time domain reflectometer utilizing laser diode, IEEE Photonics  technology letters, 2008,20(19):1636-1638)。两者的工作原理相同，都是将混沌激光分为探测光和参考光，探测光发射到自由空间或待测光纤中，空间目标或光纤断点回射的探测光与参考光进行互相关比较，获得探测光回射的往返时间，从而实现空间目标或光纤断点的定位检测。受益于混沌激光的宽带特性，混沌激光测距不仅可以获得与测量距离无关的厘米级分辨率，还具有天然的抗干扰性能。其测量精度取决于混沌激光自相关曲线的半高全宽（full width at half maximum，FWHM），半高全宽越窄，测量精度越高；动态范围则取决于混沌激光自相关曲线的旁瓣水平（peak sidelobe level，PSL），旁瓣水平越低，动态范围越大。因此，高性能的混沌激光雷达和混沌光时域反射仪都需要窄半高全宽和低旁瓣水平的混沌激光作为探测光。

在先前的混沌激光雷达（如专利公开号为CN1831560A的一种“基于半导体激光器的混沌激光测距方法及装置”）和混沌光时域反射仪（如专利公开号为CN101226100A的一种“混沌光时域反射仪及其测量方法”）中，混沌光发射装置均由传统的单反馈半导体激光器构成。这种结构的不足之处在于：一是混沌激光的能量在弛豫振荡频率之前的低频段（0-4GHz）非常低。这种能量按频率分布不均的特点一方面会导致混沌复杂度降低，另一方面由于接收带宽的限制，实际可利用的信号能量很低。二是单反馈半导体激光器产生的混沌激光的自相关曲线通常含有较高的旁瓣，该旁瓣对应的时间即是反馈光的延迟时间。该旁瓣有可能给混沌激光雷达和混沌光时域反射仪等混沌激光测距装置带来误判。

目前，单级光纤环振荡器已被广泛用于滤波器、延迟线、色散补偿系统、信号处理、激光陀螺仪以及各种传感器和干涉仪中。其中，2005年，C.G.H. Roeloffzen提出了一个由三个单级光纤环振荡器串联而成的三级可调谐延迟滤波器，为光时分复用通信系统提供了一个延迟时间连续可调的装置（C.G.H. Roeloffzen, L. Zhuang, R.G. Heideman, A. Borreman, and W. van Etten，“Ring resonator-based Tunable Optical Delay Line in LPCVD Waveguide Technology，” Proceedings Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter，2005, 79-82）。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于混沌激光测距的混沌光发射装置，实现大幅度、低旁瓣水平、窄半高全宽和5GHz平坦带宽的混沌激光输出。

为了实现上述目的，本发明所提供的一种用于混沌激光测距的混沌光发射装置，包括可调光衰减器和光纤反射镜，其特征是在可调光衰减器和光纤反射镜间设置有三级互耦合光纤环振荡器，用于对混沌激光进行频谱整形和相关性改善。 

在上述技术方案中，所述三级互耦合光纤环振荡器是由第一级光纤环振荡器、第二级光纤环振荡器和第三级光纤环振荡器通过第四光纤耦合器和第五光纤耦合器互联耦合构成。所述第一级光纤环振荡器是由第一光纤耦合器、第一偏振控制器和第一光纤延迟线依次连接构成。所述第二级光纤环振荡器是由第二光纤耦合器、第二偏振控制器和第二光纤延迟线依次连接构成。所述第三级光纤环振荡器是由第三光纤耦合器、第三偏振控制器和第三光纤延迟线依次连接构成。所述的第一级光纤环振荡器、第二级光纤环振荡器和第三级光纤环振荡器的环长是10cm～100cm。所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器和第五光纤耦合器的耦合比均为50:50。