一种多波长间隔DFB阵列光源、光纤编码解调系统的制作方法

一种多波长间隔dfb阵列光源、光纤编码解调系统
技术领域
1.本实用新型涉及光纤通讯领域，特别涉及一种多波长间隔dfb阵列光源、光纤编码解调系统。


背景技术：

2.常规的多光源汇合形成可调光源实现光纤编码解调，主要使用光开关切换、两两y耦合器、awg(阵列波导光栅)或者密集波分复用器耦合，但是光开关切换较慢，很难达到所需要的ms级别，两两y耦合器在多光源下耦合后的衰耗过大，awg或者密集波分复用器耦合存在波长间隔不能全覆盖。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种基于一种多波长间隔dfb阵列光源，可降低衰耗且程序波长间隔全覆盖；本实用新型还提供了一种光纤编码解调系统，实现光纤编码的解调。
4.根据本实用新型第一方面实施例的一种多波长间隔dfb阵列光源，包括：基底；以及成型于所述基底上的：至少两个光源组，每个所述光源组皆具有多个不同波长的光源，且所述光源皆具有温度调制单元以实现不重叠的波长段；所述光源组的多个波长段之间构成连续的波长区间；至少两个波长耦合模块，与所述光源组的数量一致，用于耦合相应所述光源组的多个光源输出；波导耦合器，分别与不同所述波长耦合模块的输出端连接。
5.根据本实用新型第一实施例的一种多波长间隔dfb阵列光源，至少具有如下有益效果：本方案利用光源温度变化与波长之间存在调制变化，直接利用温度调制来改变光源的输出波长，使一个光源可以覆盖更宽的波段，这样一方面可以减少光源的数量成本，另一方面在多光源使用时只需要温度传感器和低成本的光强检测装置即可，温度传感器的温度信号可以温度-波长关系匹配出光源波长，光强检测装置单独测量光波能量。并且两个及以上的光源组分交错波长耦合，可弥补传统密集波分复用器的相邻波长段之间的间隙，实现了全覆盖波长区间的可调光源。
6.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述光源为窄波光源，所述波长段的长度为4纳米。
7.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述波长耦合模块为密集波分复用器。
8.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述波长耦合模块为阵列波导光栅。
9.根据本实用新型第一方面的一些实施例，不同所述波长耦合模块的输出端与所述波导耦合器之间皆设置有soa光开关。
10.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述波导耦合器为y结构耦合器。
11.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述波导耦合器的输出端连接有成型于所述基底边缘的光纤引出槽。
12.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述基底为硅基底。
13.根据本实用新型第二方面实施例的一种光纤编码解调系统，包括
14.如所述的多波长间隔dfb阵列光源，用于输出不同波长的光波；
15.环形器，所述环形器的第一端通过光纤连接所述多波长间隔dfb阵列光源的输出端，所述环形器的第二端用于通过光纤连接待解调的光纤编码；
16.apd光电转换单元，与所述环形器的第三端连接，以接收并转换所述光纤编码反射的光波；
17.ad高速采集单元，与所述apd光电转换单元连接，用于采集所述apd光电转换单元转换后的光波信号；
18.高速控制模块，分别与所述多波长间隔dfb阵列光源、所述ad高速采集单元电性连接，用于控制所述多波长间隔dfb阵列光源的光波输出、接收所述ad高速采集单元传输的光波信号，并根据所述ad高速采集单元传输的光波信号解析出光纤编码的中心波长组合、反射能量、距离。
19.根据本实用新型第二方面实施例的一种光纤编码解调系统，至少具有如下有益效果：本方案利用光源温度变化与波长之间存在调制变化，直接利用温度调制来改变光源的输出波长，使一个光源可以覆盖更宽的波段，这样一方面可以减少光源的数量成本，另一方面在多光源使用时只需要温度传感器和低成本的光强检测装置即可，温度传感器的温度信号可以温度-波长关系匹配出光源波长，光强检测装置单独测量光波能量。并且两个及以上的光源组分交错波长耦合，可弥补传统密集波分复用器的相邻波长段之间的间隙，实现了全覆盖波长区间的可调光源，更有利于实现低成本的光纤编码解调。
20.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1为本实用新型第一方面实施例的多波长间隔dfb阵列光源原理图；
23.图2为本实用新型第一方面实施例的多波长间隔dfb阵列光源剖面结构图；
24.图3为本实用新型第二方面实施例的光纤编码解调系统原理图；
25.图4a、图4b、图4c分别为不同种类的光纤编码示意图；
26.图5为本实用新型第三方面实施例的光纤编码解调方法流程图。
27.附图标记：
28.多波长间隔dfb阵列光源100、基底110、光源组120、光源121、温度调制单元122、光栅123、波长耦合模块130、波导耦合器140、soa光开关150、光纤引出槽160、
29.环形器200、
30.apd光电转换单元300、
31.ad高速采集单元400、
32.高速控制模块500、
33.光纤编码600。
具体实施方式
34.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
37.参考图1、图2所示，为本技术方案第一方面实施例的一种多波长间隔dfb阵列光源100，包括：基底110；以及成型于基底110上的：两个光源组120或多个光源组120，每个光源组120皆具有多个不同波长的光源121，且光源121皆具有温度调制单元122以实现不重叠的波长段；光源组120的多个波长段之间构成连续的波长区间；两个波长耦合模块130或多个波长耦合模块130，与光源组120的数量一致，用于耦合相应光源组120的多个光源121输出；波导耦合器140，分别与不同波长耦合模块130的输出端连接。
38.其中，每个光源利用温度调制单元122，最大可以将波长增大4.2nm，即满足0.1nm/度，由20-62度是完全满足光源芯片的工作要求，多个光源整体覆盖1510-1590nm，实现无间隙覆盖，比如，第1组光源组120中，有1510、1518、1526、1534，利用温度调制4nm，即可以覆盖1510-1514、1518-1522、1526-1530、1534-1538nm等不同波长段，其密集波分就可以选择1512
±
2、1520
±
2、1528
±
2、1536
±
2；第2组光源组120中，有1514、1522、1530，利用温度调制4nm，即可以覆盖1514-1518、1522-1526、1530-1534等不同波长段，其密集波分就可以选择1516
±
2、1524
±
2、1532
±
2；这样两组光源能组合覆盖1510-1538nm，同时又能满足密集波分带来的间隙波长填充。最后将两个波长耦合模块130输出采用y结构耦合，其光纤衰耗又降低。如果密集波分的波长间隙更宽，就需要再增加光源组120的数量。
39.如图2所示，光源121是在发光体上设置光栅123，每个光源都有一个不同波长的光栅123来选择波长，光栅123会受温度变化，其波长也会变化，利用温度调制单元122tec便可改变光栅123的温度，进而改变输出的光波波长，实现光源的输出波长温度调制。具体的，将温度控制在所需要的温度，以此调制光源波长的增加值，基本按照0.1nm/度，比如光源121在20度下的波长是1520.00nm，我们需要1521.nm则需要将温度调至30度即可发出1521.00nm的波长。
40.本方案利用光源温度变化与波长之间存在调制变化，直接利用温度调制来改变光源的输出波长，使一个光源可以覆盖更宽的波段，这样一方面可以减少光源的数量成本，另一方面在多光源使用时只需要温度传感器和低成本的光强检测装置即可，温度传感器的温度信号可以温度-波长关系匹配出光源波长，光强检测装置单独测量光波能量。并且两个及以上的光源组120分交错波长耦合，可弥补传统密集波分复用器的相邻波长段之间的间隙，实现了全覆盖波长区间的可调光源。
41.可以看出，本方案是针对：密集波分技术主要是实现多波长段的汇聚，但是相邻波长段之间存在一定的间隙，这就需要至少两个及以上的密集波分错开波长段，相互叠加才能完成完整波长的覆盖，为本方案的主要实用新型构思。
42.在本实用新型第一方面的一些实施例中，波长耦合模块130为密集波分复用器。
43.在本实用新型第一方面的一些实施例中，波长耦合模块130为阵列波导光栅，用以替代密集波分复用器，两者皆适用于本方案，其中阵列波导光栅可以直接在硅基芯片加工，因此更为优选。
44.考虑到光波耦合后存在光强减弱的问题，如图1所述，在本实用新型第一方面的一些实施例中，不同波长耦合模块130的输出端与波导耦合器140之间皆设置有soa光开关150，具有一定的放大作用，鉴于soa光开关150覆盖波长宽度的限制，soa光开关150置于波长耦合模块130后，实现光强的增加。
45.在本实用新型第一方面的一些实施例中，波导耦合器140为y结构耦合器，虽然也有一定的衰耗，但是相比所有光源全部使用y结构耦合器来两两耦合，本技术方案的y结构耦合器使用占比极少，可以大大降低衰耗。
46.为了便于连接外部器件，在本实用新型第一方面的一些实施例中，波导耦合器140的输出端连接有成型于基底110边缘的光纤引出槽160，便于光波输出。
47.在本实用新型第一方面的一些实施例中，基底110为硅基底，通过直接在硅基底上利用全息曝光等技术加工出光源、温度调制单元122、波长耦合模块130、soa光开关150和波导耦合器140，可以实现dfb光源的芯片化，结构更加紧凑且成本大大降低。需要指出的是，硅基底是相对成熟的现有技术，但不是唯一，也可以实用氮化镓等其他基底来替代。
48.如图3所示，为本实用新型第二方面实施例的一种光纤编码解调系统，包括
49.多波长间隔dfb阵列光源100，用于输出不同波长的光波；
50.环形器200，环形器200的第一端通过光纤连接多波长间隔dfb阵列光源的输出端，环形器200的第二端用于通过光纤连接待解调的光纤编码600；
51.apd光电转换单元300，与环形器200的第三端连接，以接收并转换光纤编码反射的光波；
52.ad高速采集单元400，与apd光电转换单元300连接，用于采集apd光电转换单元300转换后的光波信号；
53.高速控制模块500，分别与多波长间隔dfb阵列光源100、ad高速采集单元400电性连接，用于控制多波长间隔dfb阵列光源100的光波输出、接收ad高速采集单元400传输的光波信号，并根据ad高速采集单元400传输的光波信号解析出光纤编码600的中心波长组合、反射能量、距离。
54.本实施例利用光源温度变化与波长之间存在调制变化，直接利用温度调制来改变光源的输出波长，使一个光源可以覆盖更宽的波段，这样一方面可以减少光源的数量成本，另一方面在多光源使用时只需要温度传感器和低成本的光强检测装置即可，温度传感器的温度信号可以温度-波长关系匹配出光源波长，光强检测装置单独测量光波能量。并且两个及以上的光源组120分交错波长耦合，可弥补传统密集波分复用器的相邻波长段之间的间隙，实现了全覆盖波长区间的可调光源，更有利于实现低成本的光纤编码解调。
55.本技术方案中的光纤编码600，是由单个或者多个对光波形成反射或者透射的标
识点组成，其可以通过波长不同进行组合实现唯一识别；也可以使用相邻间的距离差异形成不同组合实现唯一识别；也可以使用反射或者透射能量之间的差异形成组合实现唯一识别；光纤编码的特性主要在于实现光波的唯一识别特性，这就需要标识点具有对光波的反射或者透射能量，在光波的光谱上形成差异化；从反射角度，可以为光纤光栅、滤波器件、熔接点、物理连接点都可以形成反射或者透射，但是，其中熔接点和物理连接点都会有整体性的衰耗，即对光波形成大量的能量衰减；滤波器件，除光纤光栅滤波外，还有片式滤波和膜式滤波，现有工艺其波长宽度太大，从工程角度并不利于大规模应用；光纤光栅拥有光纤材质、衰减小等特点，为本实施例的优选；光纤光栅可以在光纤介质、硅基电路上刻制不同波长的光纤光栅，其拥有光纤上加工和硅基电路板上加工以及和光纤直接耦合和传输光波的优良特性，作为本实施例的优选；
56.在光纤光栅中，布拉格光纤光栅具有波长窄、单一波长可控、反射能量可能等优点，在本实施例中作为优选；但是光纤光栅中还有啁啾光纤光栅、相位光纤光栅、取样光纤光栅，其拥有一个非常特殊的优点，就是可以同时产生多个不同波长的光纤光栅，但是，由于现有加工功能对波长的稳定性控制较差，不能有效的大规模实现；
57.光纤编码600中，各标识点的组合方式，可以波长组合、间距组合、反射能量组合以及混合组合的方式，如图4a、图4b、图4c所示，分别为不同波长组合的光纤编码示意图、相同波长且不同间距的光线编码示意图、不同反射能量组合的光纤编码示意图。
58.其中，反射能量组合为标识点加工时按照不同反射率进行加工，进而形成不同反射能量的组合方式；这种方式适用于短距离、光纤编码数量少的条件下使用。主要原因为：其一，反射能量精准控制加工难度大；其二是多个光纤编码组合使用相互之间存在能量遮挡影响最终反射能量识别；其三，光纤会产生相应的衰耗，距离长后，其反射能量会降低，不利于反射能量差异识别。
59.相同波长且不同间距间距组合为标识点按照一定的距离差进行加工，可以大规模使用，但是，其任然存在一定的局限性，其一，距离差过大不便于应用；其二，距离差过小，又对光源发光脉冲提出更小的要求，脉冲越小光强越小，识别距离就越短，比如5ns的光源脉冲，其覆盖距离大约为0.5米，也就是说距离差必须大于0.5米才能形成不同反射点，除非实时控制光源强度，降低光强，但是又影响识别距离；其三，apd光电转换单元300和ad高速采集单元400采集的频率，及采样空间精度，其采用空间精度越小所识别的距离差越小，但成本也会越高。但是间距组合的方式，可以使用单波长光源或者相对较窄的光源，这样成本也会降低。
60.不同波长组合的光纤编码600，即采用不同中心波长的标识点进行加工，其在同一时间表反射不同的中心波长，以此实现唯一化组合。其缺点为需要对波长进行解调，成本较高，但是不受距离等限制。
61.如图5所示，为本实用新型第三方面实施例的一种光纤编码解调方法，应用于上述的一种光纤编码解调系统，光纤编码解调方法包括：
62.s100、高速控制模块500控制多波长间隔dfb阵列光源100，实现单个光源121发出稳定的中心波长光波；
63.s200、光波经环形器200输入光纤编码600，光纤编码600反射对应波长，经环形器200被apd光电转换单元300采集并转换成电信号；
64.s300、高速控制模块500在控制光源发送脉冲光波时，同步对ad高速采集单元400进行高速采集；
65.s400、控制光源121发送不同中心波长的光波，最终形成以波长为坐标的数据组；
66.s500、高速控制模块500按采集到的时间点成x坐标、波长为y坐标、能量为纵坐标的三维数据组，相同时间点的数据为同一光纤编码反射，根据能量差异最终计算出中心波长和反射能量，时间点计算出距离，最终形成光纤编码600的中心波长组合、反射能量、距离。
67.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
68.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。