基于光开关的光纤延迟线

一、光纤延迟线的原理

     光纤在全光信号处理中可以实现信号的延迟、展宽、干涉等功能，合理应用这些功能可以实现全光领域中信息处理。其中利用光纤的延迟功能可将其制作为光纤延迟（Fiber Delay Line），以普通单模光纤为例，当传输的光信号工作波长为1550nm 时，传输200米即可实现1μs的延时，而伴随的插入损耗只有0.04dB。相比较而言，传统的微波延迟线带来的插入损耗则为几十个dB，光纤延迟线将插入损耗减少了近2个数量级，这个优势显著提升了光纤延迟线的竞争力。除此以外光纤延迟线还具有尺寸小、重量轻、延时带宽积大、抗电磁干扰能力强等特点，成为微波延迟线强有力的竞争对手，在许多领域可以完全替代微波延迟线。光纤延迟线与传统的微波延迟线相比，具有很高的时间带宽积，这表明该系统具有良好的频率测量分辨能力，高的灵敏度和高的信号截获能力，可以满足现今高分辨率雷达系统等对延迟线较为苛刻的指标要求；而且FDL工作频率很高，可远高于100GHz，与声表面波延迟线几百兆赫兹的工作频率和电荷耦合器件延迟线几十兆的工作频率相比提升了几个数量级，而基于未来通信雷达等系统都将转向高频段的趋势来说，FDL 是具有显著优势的；另外，光纤延迟线还具有单位延时损耗与频率无关的特性。这些光纤延迟线具有的独特优势无疑都证明了它在信号处理中的潜力。

二、光纤延迟线的应用

      光纤延迟线的基本功能是对信号产生延迟，利用延迟可以实现全光存储，移相等功能，在相控阵雷达、光纤通信系统、光计算机系统和电子对抗等领域都有着广泛的应用。在相控阵雷达中，相控阵天线是其核心部件，相控阵天线的主要功能是改变合成波束的方向图函数，以此来实现天线波束形状的改变以及波束的快速扫描，而这一功能是通过控制天线单元中信号的幅度与相位信息来实现的，因此延迟线是其中不可缺少的重要部件。与微波延迟线相比，FDL 具有更大的带宽，且不存在波束倾斜的问题，在光控相控阵天线中可实现对微波信号的相位进行精确的分配和控制以及去除回波信号的相关噪声，所以FDL 能够成为相控阵天线中的最佳选择。在雷达目标模拟器中，FDL 是用来模拟仿真不同距离的信号，随着现代雷达系统对雷达目标模拟器的频段高、目标切换速度快、目标模拟距离远等要求，传统的延迟线已远远不能达到雷达系统的要求，因此光纤延迟线也成为了唯一适用的延迟线。除了上述情况外，在光纤通讯系统中，FDL 还能够实现信号的编码与缓存等功能。综上可以看出，光纤延迟线在多个领域都有着重要的应用与不可替代的地位，因此研究高性能的光纤延迟线对微波光子技术的应用具有重大的科学意义。

三、光纤延迟线的设计

       基于光开关的光纤延迟线是通过光开关选择不同光程从而实现不同的时间延迟[16-22]，这类方案的基本原理是通过改变光程来实现不同的延时，是典型的离散型光纤延迟线，其典型结构如图所示。

调制后的光信号通过光纤传输，经过光开关阵列选择产生相应延时的光程，将此路光开关打开并保证其余光开关处于关闭状态，即可实现所需的延时。这类光纤延迟线的优点是可以实现较大的延时，实现方法简单，根据选择不同的光开关也相应具有不同的特点。目前光开关的种类也有很多，有机械光开关、MEMS 光开光、磁光开关、声光开光、SOA 光开关等，各类光开关都有其自身的优缺点，可根据实际情况进行选择。例如MEMS 开关，它的损耗一般情况下小于5dB，功耗很小且可集成，但存在的问题是开关的速度较慢，为ms量级，因此MEMS光开关只可应用到延时范围较大的光纤延迟线中，在延时精度要求较高的场合受到了一定的限制；磁光开关，它的开关速度非常快，为μs 量级，全固态可靠性高，在损耗串扰等方面也表现很好，所以在光纤延迟线应用中有很大优势。

  关于我们

       一飞通讯（E-PHOTICS），成立于2004年，20年专注光开关等光通信器件研发、生产和销售的国家高新技术企业，主要产品包括高速磁光开关、电光开关、MEMS光开关、马达光开关、机械光开关、矩阵光开关、光开关模块等全系列光开关产品、光衰减器、光纤跳线和光纤熔接保护管等，立志于成为光通信器件行业领先供应商，不断为光纤通信、数据中心、仪器仪表、风电军工等行业和科研院校等客户提供优质、可靠和有竞争力的产品和解决方案。