[发明专利]基于微波光子的光纤延时变化测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于微波光子的光纤延时变化测量装置，其特征在于，包括：光频梳生成模块、光载微波上变频模块、光纤延时感知模块、相位检测模块、相位-时间转换模块；

所述的光频梳生成模块，用于将光信号调制成光频梳信号并分为两路，形成第一路光频梳信号和第二路光频梳信号；

所述的光载微波上变频模块，对第一路光频梳信号依次进行滤波、上变频、耦合形成光载微波信号；

所述的光纤延时感知模块，用于将所述的光载微波信号传输至待测光纤进行延时感知，然后进行二次频移后经法拉第旋转镜原路返回至光载微波上变频模块得到回传光载微波信号；

所述的相位检测模块，将所述的回传光载微波信号与所述的第二路光频梳信号进行相位误差检测，得到因光纤延时变化导致所述光载微波信号的绝对相位差；

所述的相位-时间转换模块将所述绝对相位差除以信号频率以获得光纤延时信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波光子的光纤延时变化测量装置，其特征在于，光频梳生成模块包括光纤激光器、信号发生器、光频梳发生器、频率标准源；光载微波上变频模块包括光耦合器、环形器、保偏阵列波导光栅、第一声光调制器；光纤延时感知模块包括待测光纤、第二声光调制器、法拉第旋光镜；相位检测模块包括光耦合器、平衡探测器、相位检测器、频率标准源、相位比较器；相位-时间转换模块包括微型处理器。

3.根据权利要求2所述的一种基于微波光子的光纤延时变化测量装置，其特征在于，所述的频率标准源有三个输出端口，第一路输出与信号发生器的同步端口相连，第二路输出与第一声光调制器的驱动口相连，第三路输出与所述的相位比较器相连。

4.一种基于微波光子的光纤延时变化测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，光纤激光器输出的光信号经信号发生器驱动的光频梳发生器调制后产生光频梳信号；

步骤2，所述的光频梳信号经1×2光耦合器分为两路，形成第一路光频梳信号和第二路光频梳信号，所述的第一路光频梳信号进入环形器1口，然后从环形器2口输出进入保偏阵列波导光栅，经过所述的保偏阵列波导光栅后滤出两只光载波，一只光载波先经第一声光调制器上变频后，再与另一只光载波经2×1光耦合器耦合形成光载微波信号，然后送入待测光纤进行延时感知；

步骤3，将所述的光载微波信号传输至所述待测光纤进行延时感知后经第二声光调制器进行二次频移，然后经法拉第旋光镜反射，再依次经过所述的第二声光调制器、所述的待测光纤、所述的第一声光调制器、所述的保偏阵列波导光栅后进入环形器2口，最后从环形器3口输出回传光载微波信号；

步骤4，所述的第二路光频梳信号用作相位检测的参考信号，将所述的第二路光频梳信号和所述回传光载微波信号在2×2光耦合器进行混频；

步骤5，混频后的输出信号通过平衡光电探测器转换为电信号后，再经相位检测器产生相位抖动信号，产生的所述相位抖动信号与频率标准源信号在相位比较器进行相位比较，得到因光纤延时变化导致所述光载微波信号的绝对相位差；

步骤6，相位-时间转换模块根据相位比较器获得的所述绝对相位差，除以传输的频率，计算出光纤的延时变化。

5.根据权利要求4所述的基于微波光子的光纤延时变化测量方法， 所 述 频率标准源可以输出相位同步的不同频率信号。

6.根据权利要求4所述的基于微波光子的光纤延时变化测量方法， 所述 信号发生器采用微波信号发生器，所述的信号发生器与所述的频率标准源是相位同步的。

7.根据权利要求4所述的基于微波光子的光纤延时变化测量方法， 所述 第一声光调制器驱动信号由频率标准源输出信号提供。

8.根据权利要求4所述的基于微波光子的光纤延时变化测量方法， 所述 相位检测器由带通滤波器和混频器组成。

9.根据权利要求4所述的基于微波光子的光纤延时变化测量方法， 所述相位比较器内置可编程的分频器。