一种大动态范围连续可调光纤延迟线的制作方法

1.本实用新型涉及光纤传输技术领域，具体是一种大动态范围连续可调光纤延迟线。

背景技术：

2.在光纤时频同步和微波光子稳相传输等领域中，时频信号以及宽带微波信号会转换成光信号以便通过光纤传输到远端，为稳定信号传输前后的相位差，可通过在电域或光域中实时调控信号传输延迟来补偿外界噪声引起的信号相位抖动。相比于电域补偿方式(如电学延迟线、移相器等)，利用可调光纤延迟线的光学补偿方式具有延迟量大、插入损耗低、带宽大、抗电磁干扰等优势，尤其适用于多路信号同时传输的应用场景。
3.可调光纤延迟线的基本原理是通过改变光在光纤中传输的实际光程来实现的。常见的实现方式包括：
①
利用光开关选择不同长度光纤通道；
②
将光纤耦合到空间光路并调节光路间距(如移动反射镜位置)。第
①
种方式可以实现大范围延迟可调，但延迟调节精度受限于光纤长度差，无法实现连续可调；第
②
种方式能够实现连续可调，但动态范围受限于光路结构,难以达到很高的动态范围，这两种方式只能应用于某些简单场景。但在精密应用场景下，如长距离光纤时频同步系统，光纤延迟线需同时具备十纳秒级动态范围、皮秒级延迟精度的性能，必须采用大动态范围连续可调光纤延迟线。
4.为此，国防发明专利zl 201318002196.4提出了一种大范围的连续压控光纤延迟线。该延迟线的设计思路是：在缠绕了光纤的绕线柱的环外侧加装金属块，并在金属块外表面贴上半导体热电制冷片，通过电压控制半导体热电制冷片的热源流向和大小，通过金属块传导热量来实现对光纤的加热或制冷，进而调节光纤延迟。该结构需要外侧光纤与金属块紧贴，这对光纤环绕制工艺要求较高，无法保障热传导效率，并且难以对光纤进行保护，在实际装配使用时易使光纤受损甚至断裂；另外，该结构的散热片加装在环四周，使得延迟线整体长。

技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提供一种大动态范围连续可调光纤延迟线，通过优化半导体热电制冷片加热位置和散热方式，提升光纤温控延迟变化效率，增强其实用性。
6.本实用新型的技术方案为：
7.一种大动态范围连续可调光纤延迟线，包括有壳体、设置于壳体内的绕线盘、缠绕于绕线盘上的光纤、设置于光纤上的热敏电阻、设置于绕线盘上的多个半导体热电制冷片、以及设置于壳体上的两个电接口和两个光接口，所述的绕线盘两端的两个限位板上均设置有制冷器安装槽，多个半导体热电制冷片分别设置于对应的制冷器安装槽内，且每个半导体热电制冷片的冷面位于制冷器安装槽的槽底处，每个半导体热电制冷片的热面位于制冷器安装槽的槽口处，多个半导体热电制冷片和热敏电阻的一端均与其中一个电接口连接进行供电，多个热敏电阻的另一端均与另一个电接口连接，实现温度的采集，光纤的两端分别
与两个光接口连接。
8.所述的壳体的顶板和底板分别邻近绕线盘两端的两个限位板，壳体的顶板和底板上均设置有多个通风口，每个通风口处均设置有散热风扇，多个散热风扇均与其中一个电接口连接供电。
9.所述的绕线盘的两个限位板上均固定有散热片，多个半导体热电制冷片的热面均紧邻对应的散热片。
10.所述的光纤外包裹有环状结构的保温层，保温层上设置有供热敏电阻端部导线穿出的穿孔。
11.所述的热敏电阻为多个，热敏电阻选用负温度系数热敏电阻，多个负温度系数热敏电阻均匀分布于最内层缠绕的光纤和最外层缠绕的光纤之间，且多个负温度系数热敏电阻均布设于绕线盘的同一径向延长线上。
12.所述的绕线盘为铜质绕线盘。
13.所述的光纤为单模光纤。
14.所述的散热片为铝制齿状散热片。
15.所述的保温层选用导热系数低于0.17w/(m
˙
k)的保温层。
16.本实用新型的优点：
17.(1)、本实用新型设置有多个半导体热电制冷片，多个半导体热电制冷片体积小，便于布设，且多个半导体热电制冷片的冷面位于绕线盘制冷器安装槽的槽底处，快速实现对绕线盘的加热或制冷，从而实现对绕线盘上光纤的加热或制冷。
18.(2)、本实用新型的散热片紧贴于半导体热电制冷片的热面，且采用了散热片和散热风扇组合的强制风冷散热方式，辅助半导体热电制冷片实现温度调控，有效提升光纤温控延迟变化效率。
19.(3)、本实用新型采取保温层对光纤进行包裹隔热，进一步提升光纤温控延迟变化效率，在实现大动态范围连续可调延迟的同时，还增强了其实用性。
20.(4)、本实用新型的多个热敏电阻均匀分布于最内层缠绕的光纤和最外层缠绕的光纤之间，即可实现内层和外层光纤温度的同步采集，能够精确监测光纤表面各点温度，反映光延迟线实时温控效果。
21.本实用新型具备大动态延迟范围、高精度连续可调、响应速度快、结构紧凑、成本低等优势，可用于时频同步、微波光子稳相等技术领域。
附图说明
22.图1是本实用新型的剖视图。
23.图2是本实用新型的立体图。
24.图3是本实用新型除去壳体的爆炸图。
25.附图标记：1-壳体，2-绕线盘，3-光纤，4-热敏电阻，5-保温层，6-半导体热电制冷片，7-散热片，8-散热风扇，9-电接口，10-光接口。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.见图1-图3，一种大动态范围连续可调光纤延迟线，包括有壳体1、绕线盘2、光纤3、四个热敏电阻4，保温层5、八个半导体热电制冷片6、散热片7、八个散热风扇8、两个电接口9和两个光接口10，绕线盘2设置于壳体1内，光纤3缠绕于绕线盘2上；
28.四个热敏电阻4中，其中两个热敏电阻4分布于最内层缠绕的光纤3上且沿绕线盘2的径向对称，另外两个热敏电阻4分布于最外层缠绕的光纤3上且沿绕线盘2的径向对称，且四个热敏电阻4均布设于绕线盘2的同一径向延长线上，保温层5为包裹于光纤3外为环状结构的保温层，保温层3上设置有供四个热敏电阻4端部导线穿出的穿孔；
29.绕线盘2两端的两个限位板上均设置有四个制冷器安装槽，八个半导体热电制冷片6分别设置于对应的制冷器安装槽内，且每个半导体热电制冷片6的冷面位于制冷器安装槽的槽底处，每个半导体热电制冷片6的热面位于制冷器安装槽的槽口处，绕线盘2的两个限位板上均固定有散热片7，绕线盘2每个限位板上四个半导体热电制冷片6的热面均紧邻对应的散热片7，壳体1的顶板和底板分别邻近绕线盘2两端的两个限位板，壳体1的顶板和底板上均设置有四个通风口，每个通风口处均设置有散热风扇8；
30.两个电接口9和两个光接口10均设置有壳体1上，四个热敏电阻4的一端、八个半导体热电制冷片6、八个散热风扇8均与其中一个电接口9连接供电，四个热敏电阻4的另一端均与另一个电接口9连接，实现温度的采集，光纤3的两端分别与两个光接口10连接，实现光信号的输入和输出。
31.其中，绕线盘2为具有高导热系数的铜质绕线盘，可将热量迅速传导到光纤3上；热敏电阻4选用负温度系数热敏电阻，可测范围为
–
45～125℃温度范围，测量精度可达0.1℃，因此能够精确监测光纤表面各点温度，反映光纤延迟线实时温控效果；保温层5选用导热系数低于0.17w/(m
˙
k)的保温层，并且至少可承受100℃以上高温；散热片7为铝制齿状散热片，尺寸可根据实际使用时所选用的半导体热电制冷片的参数进行调整。
32.本实用新型的工作原理：
33.在半导体热电制冷片6上施加直流电流，利用电热效应可以使热量从半导体热电制冷片6的一端流向另一端，改变电流方向和大小可以改变热源流向和大小，实现加热或制冷的快速切换，其可控温度范围可达80℃以上。外部控制电流施加在半导体热电制冷片6上，半导体热电制冷片6直接对绕线盘2加热或制冷，绕线盘2将热量通过热传导效应传递给缠绕在其上的光纤3，间接对光纤3加热或制冷。利用光纤延迟温度变化效应实现大动态范围连续可调的光传输延迟。当光纤3温度变化时，光纤3的长度和折射率会发生变化，那么光在光纤3中传输的实际光程将会随温度变化，则传输延迟即可由外部信号控制。光纤延迟变化量(δτ)与光纤实际的温度变化量(δt)之间的关系可表示为：
[0034][0035]
式中：n为折射率，c为真空中光速，l为光纤长度，β为光纤热膨胀系数，ξ为光纤热光系数。对于确定的光纤材料，n(β+ξ)/c为固定值。因此，延迟量可通过更改光纤长度和温度进行调整，具体为增加或减小光纤长度、或对光纤升温或降温。
[0036]
光纤3为g652d单模光纤，其热膨胀系数β＝0.55
×
10
–6/℃，热光系数ξ＝6.67
×
10
–6/℃，折射率n＝1.5，真空光速c＝3
×
108m/s，当光纤3的长度l＝5km，温度传导到光纤3上的实际动态范围δt＝50℃时，根据式(1)，光纤延迟量的动态范围为9.025ns。继续增加光纤长度和温控范围可进一步扩大光纤延迟量的动态范围。并且，温度是连续可调的，因此延迟也是连续可调的。
[0037]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：包括有壳体、设置于壳体内的绕线盘、缠绕于绕线盘上的光纤、设置于光纤上的热敏电阻、设置于绕线盘上的多个半导体热电制冷片、以及设置于壳体上的两个电接口和两个光接口，所述的绕线盘两端的两个限位板上均设置有制冷器安装槽，多个半导体热电制冷片分别设置于对应的制冷器安装槽内，且每个半导体热电制冷片的冷面位于制冷器安装槽的槽底处，每个半导体热电制冷片的热面位于制冷器安装槽的槽口处，多个半导体热电制冷片和热敏电阻的一端均与其中一个电接口连接进行供电，多个热敏电阻的另一端均与另一个电接口连接，实现温度的采集，光纤的两端分别与两个光接口连接。2.根据权利要求1所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的壳体的顶板和底板分别邻近绕线盘两端的两个限位板，壳体的顶板和底板上均设置有多个通风口，每个通风口处均设置有散热风扇，多个散热风扇均与其中一个电接口连接供电。3.根据权利要求1所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的绕线盘的两个限位板上均固定有散热片，多个半导体热电制冷片的热面均紧邻对应的散热片。4.根据权利要求1所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的光纤外包裹有环状结构的保温层，保温层上设置有供热敏电阻端部导线穿出的穿孔。5.根据权利要求1所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的热敏电阻为多个，热敏电阻选用负温度系数热敏电阻，多个负温度系数热敏电阻均匀分布于最内层缠绕的光纤和最外层缠绕的光纤之间，且多个负温度系数热敏电阻均布设于绕线盘的同一径向延长线上。6.根据权利要求1所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的绕线盘为铜质绕线盘。7.根据权利要求1所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的光纤为单模光纤。8.根据权利要求3所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的散热片为铝制齿状散热片。9.根据权利要求4所述的一种大动态范围连续可调光纤延迟线，其特征在于：所述的保温层选用导热系数低于0.17w/(m
˙
k)的保温层。

技术总结

本实用新型公开了一种大动态范围连续可调光纤延迟线，包括有壳体、设置于壳体内的绕线盘、缠绕于绕线盘上的光纤、设置于光纤上的热敏电阻、设置于绕线盘上的多个半导体热电制冷片、以及设置于壳体上的两个电接口和两个光接口，多个半导体热电制冷片和热敏电阻的一端均与其中一个电接口连接进行供电，多个热敏电阻的另一端均与另一个电接口连接实现温度采集，光纤的两端分别与两个光接口连接。本实用新型通过优化半导体热电制冷片加热位置和散热方式，提升光纤温控延迟变化效率，增强其实用性。用性。用性。