Glasfaser-Verzögerungsleitung basierend auf optischem Schalter

Prinzip der Glasfaser-Verzögerungsleitung

In der rein optischen Signalverarbeitung können Glasfasern Funktionen wie Signalverzögerung, Signalverbreiterung und Interferenz realisieren. Die sinnvolle Anwendung dieser Funktionen ermöglicht die Informationsverarbeitung im rein optischen Bereich. Die Verzögerungsfunktion von Glasfasern kann beispielsweise in eine Glasfaser-Verzögerungsleitung umgewandelt werden. Am Beispiel einer herkömmlichen Singlemode-Glasfaser wird bei der Übertragung eines optischen Signals mit einer Wellenlänge von 1550 nm eine Verzögerung von 1 μs über eine Entfernung von 200 Metern erreicht, wobei die Einfügedämpfung nur 0,04 dB beträgt. Im Vergleich dazu beträgt die Einfügedämpfung herkömmlicher Mikrowellen-Verzögerungsleitungen mehrere zehn dB. Glasfaser-Verzögerungsleitungen reduzieren diese um fast zwei Größenordnungen, was die Wettbewerbsfähigkeit der Glasfaser-Verzögerungsleitung deutlich verbessert. Darüber hinausoptische VerzögerungsleitungDarüber hinaus zeichnen sich Glasfaser-Verzögerungsleitungen durch geringe Größe, geringes Gewicht, hohes Verzögerungsbandbreitenprodukt und hohe Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen aus. Sie werden zu einer starken Konkurrenz für Mikrowellen-Verzögerungsleitungen und können Mikrowellen-Verzögerungsleitungen in vielen Bereichen vollständig ersetzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Mikrowellen-Verzögerungsleitungen weist die Glasfaser-Verzögerungsleitung ein hohes Verzögerungsbandbreitenprodukt auf, was auf eine gute Auflösung der Frequenzmessung, hohe Empfindlichkeit und hohe Signalerfassungsfähigkeit des Systems hindeutet und die Anforderungen hochauflösender Radarsysteme wie Verzögerungsleitungen erfüllt. Die Betriebsfrequenz von FDLs ist sehr hoch und kann deutlich über 100 GHz liegen. Im Vergleich zu Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen mit Betriebsfrequenzen von mehreren hundert Megahertz und CCD-Verzögerungsleitungen mit Betriebsfrequenzen von mehreren zehn Megahertz ist dies um mehrere Größenordnungen höher. Angesichts der zukünftigen Verlagerung des Kommunikationsradars und anderer Systeme hin zu höheren Frequenzbändern bietet FDL einen erheblichen Vorteil. Darüber hinaus zeichnet sich die Glasfaser-Verzögerungsleitung durch einen frequenzunabhängigen Einheitsverzögerungsverlust aus. Die einzigartigen Vorteile dieser Glasfaser-Verzögerungsleitungen beweisen zweifellos ihr Potenzial in der Signalverarbeitung.

Anwendung der Glasfaser-Verzögerungsleitung

Die Grundfunktion einer faseroptischen Verzögerungsleitung besteht in der Signalverzögerung. Durch die Verzögerung lassen sich rein optische Speicherung und Verschiebungsgleichheit realisieren. Sie findet breite Anwendung in Phased-Array-Radaren, Glasfaserkommunikationssystemen, optischen Computersystemen und elektronischen Gegenmaßnahmen. Beim Phased-Array-Radar ist die Phased-Array-Antenne die Kernkomponente. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Musterfunktion des synthetisierten Strahls zu ändern, um die Strahlform der Antenne zu verändern und den Strahl schnell abzutasten. Diese Funktion wird durch die Steuerung der Amplitude und Phaseninformation des Signals in der Antenneneinheit erreicht. Daher ist die Verzögerungsleitung unverzichtbar. Im Vergleich zu Mikrowellen-Verzögerungsleitungen verfügt die FDL über eine größere Bandbreite und es gibt kein Problem der Strahlneigung. Bei optisch gesteuerten Phased-Array-Antennen ermöglicht die FDL eine präzise Phasenzuordnung und -steuerung des Mikrowellensignals und eliminiert das damit verbundene Rauschen des Echosignals. Daher ist die FDL die beste Wahl für Phased-Array-Antennen. Im Radarzielsimulator wird die FDL zur Simulation von Signalen unterschiedlicher Entfernungen eingesetzt. Angesichts der Anforderungen moderner Radarsysteme an Radarzielsimulatoren, wie z. B. hoher Frequenzbandbreite, schneller Zielumschaltung und großer Zielsimulationsdistanz, konnten herkömmliche Verzögerungsleitungen die Anforderungen von Radarsystemen bei weitem nicht erfüllen. Daher sind Glasfaser-Verzögerungsleitungen die einzig anwendbare Verzögerungsleitung. Darüber hinaus kann FDL in Glasfaserkommunikationssystemen auch die Funktion der Signalcodierung und -zwischenspeicherung übernehmen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Glasfaser-Verzögerungsleitungen wichtige Anwendungen und einen unersetzlichen Status in vielen Bereichen haben. Daher ist die Erforschung leistungsstarker Glasfaser-Verzögerungsleitungen von großer wissenschaftlicher Bedeutung für die Anwendung vonMikrowellenphotonentechnologie.

Entwurf einer Glasfaser-Verzögerungsleitung

Die auf dem optischen Schalter basierende Glasfaser-Verzögerungsleitung wählt verschiedene optische Pfade, um unterschiedliche Zeitverzögerungen durch den optischen Schalter zu erreichen. Das Grundprinzip dieser Art von Schema besteht darin, durch Änderung des optischen Pfades unterschiedliche Verzögerungen zu erreichen. Es handelt sich um eine typische diskrete Glasfaser-Verzögerungsleitung, deren typischer Aufbau in der Abbildung dargestellt ist.

 

Nachdem das modulierte optische Signal über die Glasfaser übertragen wurde, wählt das optische Schalterarray den optischen Pfad aus, der die entsprechende Verzögerung erzeugt. Die gewünschte Verzögerung kann durch Einschalten des optischen Schalters und Ausschalten der anderen optischen Schalter erreicht werden. Der Vorteil dieser Art von Glasfaser-Verzögerungsleitung besteht darin, dass sie eine hohe Verzögerung erreichen kann, die Realisierung einfach ist und die entsprechenden Eigenschaften je nach Auswahl verschiedener optischer Schalter unterschiedlich sind.