[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

说明书

本发明提供一种基于微波光子的光纤延时变化测量装置及测量方法，首先采用光频梳技术获得高频的光载微波信号，然后通过光载微波信号对待测光纤进行传输延时感知，利用微波光子技术将在待测光纤中感知后的光载微波信号与参考信号进行相位检测，因待测光纤的延时变化会引起光载微波信号的相位波动，故通过对光载微波信号的相位监控便可以实现光纤延时变化的测量。光纤延时变化即为光载微波信号的绝对相位差除以信号频率，而且感知信号的频率越高，测量的精度越高。本发明将光纤的延时测量由时域转到频域进行，相比商用计时器测量精度提升了数十倍。

技术领域

本发明涉及微波光子时间测量技术领域，具体地，涉及一种基于微波光子的光纤延时变化测量领域。

背景技术

随着光纤通信技术的快速发展，利用光纤进行高精度的时间同步在基础科学研究、天文观测、国防建设等领域发挥着越来越重要的作用。然而，光纤传输时间的高精度测量是高精度时间同步的基础。目前，光纤延时变化测量主要有基于双向对传的时间测量和基于往返延时的时间测量两种。

第一种，基于双向对传的光纤延时测量，在光纤的两端，首先，将时标信号通过功分器分为两路，一路作为本地计时器的开始测量的触发输入，另一路通过对本振激光源进行强度调制，然后送入待测光纤传输到另一端。同时，两地分别对另一端传输过来的光信号进行解调，经光电转换得到的时标信号作为本地计时器的截至测量输入信号。最后，对两地的传输路径的非对称进行延时修正得到两地的时间差，进而获得光纤的传输时间。上述方式对两端设备的一致性要求很高，以保证两端传输延时的相同，额外增加很多辅助测量设备，极大增加了系统复杂性，限制了其实用性。

第二种，基于往返的光纤延时测量，它将时标信号的一路触发计时器开始测量，另一路强度调制本地的光源后，经待测光纤传输到远端，然后再回传到本地端，解调得到的时标信号输入计时器结束时间测量。根据光纤传输的对称特性，计数器测量数值的一半即为待测光纤传输时间。

上述方式都用光载脉冲信号进行传输延时的探测，然后在传统的时域上面进行光纤传输时间的测量，然而目前商用计时器的测量精度只能在皮秒甚至数十皮秒量级。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于微波光子的光纤延时变化测量装置及方法，首先采用光频梳技术获得高频的光载微波信号，然后通过光载微波信号对待测光纤进行传输延时感知，利用微波光子技术将在待测光纤中感知后的光载微波信号与参考信号进行相位检测，因待测光纤的延时变化会引起光载微波信号的相位波动，故通过对光载微波信号的相位监控便可以实现光纤延时变化的测量。光纤延时变化即为光载微波信号的相位误差除以信号频率，这将光纤的延时测量由时域转到频域进行，测量精度提升了数十倍；而且感知信号的频率越高，测量的精度越高，并且实现简单，可满足深空探测、国防建设等领域的应用需求。

本发明提供一种基于微波光子的光纤延时变化的测量装置，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，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。

优选地，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。