提高可变光纤延迟线精度技术方法

在本仿真系统中，采用1.3 µm波长，能量为1mW连续波激光器作为光源，高速M-Z铌酸锂调制器，10 GHz高斯脉冲信号作为调制信号，经过6位延时单元，最后将输出信号分别进行频域和时域分析。我们选择经过"0"延时路径的光信号从延时单元输入到输出端之间的时间差作为我们的参考值，如图4中A所示。后面所有的延时τ～63τ都是相对于该"0"延时路径的相对时延，图4中B分别是相对于"0"延时路径经过8τ、16τ和48τ延时后得到的仿真图形。

　　从仿真图形和参数中也可以计算出，延迟单元的平均插入损耗为-19.9 dB，其主要是由定向耦合器光开关的损耗和波导与光纤的耦合损耗引起。延迟单元的仿真值与期望的理论值之间平均延时误差为12.8 ps，延时误差主要由光纤长度的切割精度、定向耦合器光开关的两臂不等长和串扰信号的反馈耦合引起。延时光纤长度的切割精度和定向耦合器开关两臂的不等长与器件制作的工艺有关，而我们可以采用控制未经过光信号的8个光开关的"开"、"关"状态，使串扰信号输出到未使用的输出端口的方法，来降低串扰信号对主信号的影响。

　　通过对主信号未经过的8个光开关的状态进行多次组合，得到多组不同的仿真结果，我们可以从结果中看到在主信号经过的路径中离信号的输出端口越近的光开关产生的串扰，对主信号的延时精度影响最大，因此在采用该方法的时候，我们遵循优先使离输出端口越近的光开关产生的串扰输出到未使用端口的原则，即当前面和后面的光开关产生的串扰输出到未使用的端口路径出现冲突的时候，我们优先保证使后面的串扰信号不经过主信道，输出到未使用的端口（如表2，分别列出了在实现0τ、8τ、16τ和48τ延时的情况下，光开关对主信号和串扰信号的路径选择）。

　　图5是光信号经过8τ延时路径，没有采用控制串扰信号输出到未使用的输出端口的方法和采用该种方法后得到的两组具有不同延时的曲线，从图上我们可以看到，经过8τ延时路径的期望延时是1920 ps，改进后的延时值与期望延时之间的误差是6.1 ps，而初始延时与期望延时的误差是14.3 ps。因此，综合τ～63τ共64种延时的数据，可以得出采用控制未经过光信号的8个光开关的"开"、"关"状态，使串扰信号输出到未使用的输出端口的方法，减小了串扰信号在时域上对主信号脉冲展宽，顶点发生偏移的影响，平均延时误差从原来的12.8 ps下降到了7.9 ps，，从而有效地提高了延时的精度。

　　5 结 束 语

　　本文在介绍了光纤延迟线原理和光纤延迟线相对与传统的电延迟线具有质量轻、物理尺寸小、机械灵活性好、抗电磁干扰和电磁脉冲干扰能力强且几乎没有损耗等优点的基础上，对4个4×4光开关构成的6位光纤延迟线进行了理论分析和系统仿真，得出了如下几点结论：

　　1) 本文仿真的6位光纤延迟线，可以通过对延迟单元中定向耦合器光开关的控制，选择不同的延时路径，具备了0～63τ共64种双向可变延时的功能。

　　2) 提出通过控制16个光开关中未经过光信号的8个光开关，使串扰信号不经过主信道，直接输出到未使用的输出端口的方法，达到了增加延时精度的目的，平均延时误差从12.8 ps下降为7.9 ps。

　　3) 仿真结果与理论分析值吻合较好，得到了此种6位光纤延迟线几样主要的参数，为将来进一步做实验性器件提供了充分的理论基础。