光纤延迟线

一．定义

光纤延迟线（ODL，Optical Delay Lines）是一种光信号从光纤端输入经过一定长度的自由空间传输后再收集到光纤端输出产生时间延迟的功能器件。通过手动的方式控制光纤输入端到光纤输出端的距离或者反射镜的位移，可以精确控制延迟时间，具有高稳定性和可靠性。

二．特点

1. 通过改变光的传输距离精确控制延迟时间。

2. 低插入损耗，多位延迟，皮秒级分辨率。

3. 高稳定性和可靠性。

4. 单模光纤、FC/APC接口。

三．说明

图1 可变光纤延迟线的工作原理图简图

光信号通过尾纤传输给光输入透镜，利用空气作为光延时路径，通过控制输入端与输出端的距离（单程）或者可移动反射镜的位移（双程）来改变延时路径的长短，从而达到延长时间可调节的目的。利用手调丝杠导轨的方式控制移动的精度，实现连续时间的精确控制。基于光纤延迟线的功能，该器件可应用于高速通信网络中的 PMD 补偿、干涉式传感器、相干电信、频谱分析仪和OCT 系统等领域。

1、关键参数

（1）延迟时间（Delay Time）

LBTEK光纤延迟线提供两种型号，分别为单程和双程。它们的延迟时间的计算方式如下所示：

图2 光纤延迟线（单程）的延迟测试示意图

如图2所示，光信号在光纤延迟线（单程）中的延迟时间∆T一般为延迟距离L与光在空气中传播的速度c的比值。即：

\( ∆T=\frac{L}{c} \)

由此得知，控制丝杠导轨1毫米的距离对应于3.33皮秒的延迟时间。

图3 光纤延迟线（双程）的延迟测试示意图

值得注意的是，如图3所示，在LBTEK可变光纤延迟线LBODL-600型号中运用了可移动反射镜，则光传播了两次距离，因此延迟时间对应于反射镜的两倍位移。即延迟时间∆T一般为延迟距离2L与光在空气中传播的速度c的比值：

 \( ∆T=\frac{2L}{c} \)

由此得知，控制丝杠导轨1毫米的距离对应于6.67皮秒的延迟时间。

（2）插入损耗（Insertion Loss）

是指光信号通过光纤延迟线而产生的附加损耗，定义为该器件的输出和输入端口的光功率之比，即：

\( IL=10lg \frac{P_{out}}{P_{in}} \)

式中：\( P_{out} \) 为输出端口的光功率，\( P_{in} \) 为输入端口的光功率。该器件的性能要求对正向入射光的插入损耗越小越好。

图4 光纤延迟线的插损测试示意图

以图4为例，可知Input端输入光功率 =100 mW，Output端输出光功率 =89 mW，那么Output端的插损IL为：

\( IL=10\times lg(89/100) \)

  \( =10\times (-0.05) \)

                                                                                                                                     \( =-0.5 dB \)   

1.光学相干层析—OCT技术

                                                                                                                             图1 OCT系统

光学相干层析成像技术（Optical Coherence Tomography，OCT）是一种具有高分辨率且对人体无损伤的光学成像检测技术，可应用于眼科检查、皮肤检查、软组织癌变检查、内腔活检等。

OCT技术是第一种基于光学相干特性的医学成像技术，它的基本结构是迈克尔逊干涉仪。如图1所示，光源发出的低相干光由分束镜分为两束，一束光照射待测样品后，其后向散射光按原光路返回；另一束光则由反射镜反射后，与物体的后向散射光发生干涉，再由探测器接收干涉光强。由于两束光的光程差匹配时才能发生干涉，因此在反射镜前加光学延迟线可以多位延迟实现纵向扫描，分别得到样品内部各点的干涉信号，从而测得的干涉信号强弱反映了样品的内部结构，由此得到样品内部的层析图像。

2.激光测距仪精度检测系统

                                                                                                                                           图2 激光测距仪精度检测系统

激光测距仪是利用调制激光的某个参数对目标物的距离进行准确测定的仪器，其广泛的应用于地形测量、战场测量、工业测控等领域。对于激光测距仪而言，精度是该器件最重要的参数之一，能够对精度实时监测，快速判断和校准对于激光测距仪的应用具有重要的意义。

激光测距仪精度检测系统包括传输部分、接收部分、出射部分和衰减部分四个模块。如图2所示，传输部分主要组成器件为光纤延迟线。为了能够简单、准确、定量的对长距离空间激光测距参数进行检测，光纤延迟线对光信号延时的控制能够实现空间测距仿真，检测系统的接收端和出射端由光纤延迟线连接，延迟线经过了精密光程标定。此时使用测距仪测距，出射激光经过光纤延迟线输到测距仪接收端，将测距仪读数和延迟距离对比，即可得到测距仪的测距精度误差。并且，光纤延迟线作为光信号处理器件，有着低损耗、高稳定性和可靠性、小型化、受自然环境约束小以及无电磁干扰等优点，能良好的应用于激光测距仪精度检测系统。

参考文献：

[1]王立宇. OCT系统研究[D].长春理工大学,2008.

[2]陈昊. 基于光纤延迟线的激光测距仪测距精度检测系统[D].南京理工大学,2016.