Page 25 - 应用声学2019年第2期
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第 38 卷 第 2 期 陈华志等： 超高速光纤耦合声光调制器的设计及其应用 171
间应控制在40∼50 ns 之间，对应的器件光脉冲上升
5 典型应用
时间指标则应控制在 22.2∼27.7 ns 之间。当器件光
5.1 超快光纤激光器选单应用 脉冲上升时间指标提升到10 ns，则引导单个阵元所
需光脉冲宽度降低一半，单根光纤在相同的系统条
1064 nm 器件应用于超快光纤激光器中，实现
对激光器种子源的高重频光脉冲选单。它通过在时 件下可引导 16 个阵元，成阵规模扩大一倍，再通过
域上形成特定重复频率 (该重频低于种子源光脉冲 与波分复用、空分复用技术相结合，成阵规模理论
重频)、单一脉冲宽度仅为数十纳秒的时域通光窗 可扩展到数十到上百倍。
口，让所需的特定种子源脉冲通过，阻隔掉多余脉
णᤍАጜ
冲，从而降低种子源光脉冲的重复频率 [3] ，如图9所 I in
示。以50 MHz种子源光脉冲重频为例进行说明，种
༏А٨ FCAOM
子源相邻脉冲间的时域间隔为20 ns，为实现脉冲选
单，需要FCAOM输出光脉冲幅度从0% 到100%的 N
Аႃଊ٨
上升时间不超过20 ns，而这一数值为器件光脉冲上 ඵզ٨Ћ
升时间指标的 1.8 倍，即 FCAOM 的光脉冲上升时 I out
间指标应不超过11.1 ns。国内某光纤激光器整机单 图 10 FCAOM 在光纤水听阵列时分复用中的应用
位利用图 7 的1064 nm 器件在超快光纤激光器原型 Fig. 10 Application of FCAOM in time division
机上进行了试验，通过脉冲选单，实现了种子源光脉 multiplexing of fiber-optic hydrophone arrays
冲重频从46.6 MHz到490.7 kHz的降频。
针对水听应用还需特别注意的是，FCAOM 的
ጇፒᰴ᧘ᮠАᑢф FCAOMनթᄊܦА۫ঌ᫃
输出光脉冲顶部应尽可能做到平坦，以防止器件对
Аᑢфࣨए 水听系统解调频谱引入噪声，这可以通过器件与载
波信号源之间良好的阻抗匹配来实现。图11为阻抗
匹配不良导致的器件光脉冲时域响应失真，脉冲顶
ᫎ
20 ns ጇፒАᑢф۫ᫎᬦ 部的波纹会引起系统采样幅度波动，经水听系统解
20 ns
ܦА۫ঌ᫃अᦊࠕए 调后在解调频谱中形成噪声谱线，引发 “虚警”，如
40 ns
图12(a) 所示。图12(b)为对图6经良好阻抗匹配的
图 9 FCAOM 对 50 MHz 高重频的光脉冲选单 器件输出光脉冲解调后的频谱，在0 Hz∼10 kHz 系
Fig. 9 FCAOM for 50 MHz high repetition fre-
统探测频率范围内得到了干净的解调谱线。
quency optical pulses picking
5.2 光纤水听阵列时分复用系统应用
1550 nm 器件应用于光纤水听阵列时分复用
系统，通过对阵列的连续激光器进行脉冲调制，以
实现各阵元信号之间在时域上不重叠的目的，如
图 10 所示 [4] 。为提高系统携带阵列的能力，需要
FCAOM 具有小的光脉冲上升时间。以系统重复
频率为 512 kHz 的水声探测阵列系统为例说明，单
根光纤引导 8 个水听探测阵元，光脉冲占空比取
50%，为实现各阵元间返回光脉冲在时域上相互
分离，则单个光脉冲的底部时域宽度需要控制在 图 11 器件阻抗匹配不良导致的光脉冲响应失真
120 ns 以内，除去系统数据采样所需的脉冲平顶宽 Fig. 11 Optical pulse response distortion due to
度，FCAOM时域响应幅度从 0%到100% 的上升时 poor device impedance matching
